Perché un palloncino con un vuoto dentro fluttuerebbe?

Perché un palloncino con un vuoto dentro fluttuerebbe?
L’elio è noioso, dammi il palloncino sottovuoto. (LightField Studios/Shutterstock.com)

I bambini fanno molte domande divertenti, spesso in modo persistente e mentre stai cercando di cucinare. Una di queste domande proviene da un bambino di 9 anni di un utente di Reddit, chi ha chiesto: “Se l’elio è più leggero dell’aria, un palloncino con un vuoto dentro fluttuerebbe?”

Una domanda eccellente e divertente. Prima di tutto, mi dispiace, bambino di 9 anni, vediamo perché i palloncini all’elio fluttuano. La galleggiabilità è una forza verso l’alto in un fluido (qualsiasi sostanza in movimento, compreso l’aria) esercitata su tutti i corpi al suo interno. La forza deriva dalla pressione all’interno del fluido che diventa maggiore man mano che si scende nel fluido. La pressione sulla parte inferiore di un oggetto all’interno del fluido è maggiore rispetto alla sua parte superiore, causando la forza verso l’alto.

Se la forza di galleggiamento di un fluido è maggiore del peso di un oggetto immerso in esso, l’oggetto fluttuerà. 

L’elio, essendo più leggero degli altri elementi presenti nella nostra atmosfera, si alza. È la stessa cosa quando l’aria viene riscaldata all’interno di una mongolfiera, rendendola meno densa per volume all’interno del pallone rispetto all’esterno, facendola salire.

Un vuoto è un volume vuoto di materia, quindi è meno denso (e più leggero) dell’aria nella nostra atmosfera. Quindi, se potessi riempire un palloncino con un vuoto (o, in realtà, estrarre la membrana di un palloncino in modo che contenga un vuoto e sia stabile), allora non solo si alzerebbe – fluttuerebbe meglio dei palloncini all’elio. 

L’elio è così leggero che si alza fino al bordo della nostra atmosfera per rimanere lì fino a quando non viene spazzato via dai venti solari, quindi presumibilmente qualsiasi palloncino a vuoto perfetto si posizionerebbe sopra qualsiasi elio e idrogeno che incontra, essendo più leggero di qualsiasi cosa all’interno della nostra atmosfera.

L’idea di realizzare mezzi di trasporto utilizzando vuoti risale a molto tempo fa. Nel 1690, in seguito alla recente invenzione della pompa a vuoto, il sacerdote e matematico Francesco Lana-Terzi propose l’idea di un dirigibile a vuoto, una nave di legno convenzionale sostenuta da diversi palloncini sottovuoto.

Sarebbe stato impossibile all’epoca realizzare un vuoto abbastanza grande, vuoto e rigido per raggiungere il decollo, e la situazione è la stessa oggi. Il problema nella sua costruzione è la stessa cosa che aiuterebbe a sollevarlo – la pressione esterna di un vuoto è maggiore rispetto all’interno di un vuoto. Quando la pressione diventa troppo elevata per il materiale circostante, il risultato è un’implosione violenta, che equalizza la pressione all’interno e all’esterno dell’oggetto. 

Fino ad oggi, non abbiamo realizzato navi che possano fluttuare nell’aria trasportate da vuoti. Speriamo che gli scienziati dei materiali riescano a farcela.

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