Китайский фонарик

О растении см. физалис обыкновенный

Китайский фонарик также известный как небесный фонарик — бумажная летающая светящаяся конструкция из бумаги, натянутой на легкий деревянный каркас. Действует она по принципу монгольфьера и пользуется популярностью в восточных странах.

Для массового запуска фонариков на территории России в соответствии с Воздушным Кодексом требуется разрешение органов организации воздушного движения. ^[1]

История

Первые упоминания о небесных фонариках были найдены в летописях, описывавших военные походы генерала Чжугэ Ляну (180—234 н. э., почётный титул Кунмин), который, как сообщают источники, использовал их, чтобы вселять страх во вражеские войска: Однако устройство, представляющее собой лампу в бумажной ёмкости, зарегистрировано ранее, и, согласно Джозефу Нидхэму, воздушные шары с горячим воздухом в Китае были известны в III в. до н. э.

Также известно, что небесные фонарики использовались как универсальное средство передачи сигналов между командованием и различными армейскими подразделениями в китайской армии^[2]. Позже в Китае и других восточных странах запуску небесных фонариков придавали определенное религиозное значение.

В Европе небесные фонарики стали массово появляться в 2006 году.^{[источник не указан 217 дней]} В 2005 году, в память о жертвах Землетрясения в Индийском океане в 2004 году, на пляже Khao Lak (в Таиланде) было запущенно около 5000 фонариков. Журналист Чжоу Синь (Ганджоу Дэйли) с фотографией этого события занял второе место в категории «Искусство и развлечения» в самом престижном международном конкурсе фотожурналистов World Press Photo^[3]

Устройство

Роль несущей конструкции в небесном фонарике выполняет легкий деревянный каркас, как правило бамбуковый. В нижней его части имеется горелка, закрепленная на тонкой проволоке. Традиционная горелка изготавливается из кусочка хлопчато-бумажной ткани, пропитанной воском, либо из пористой бумаги, пропитанной легковоспламеняющимися жидкостями. В современных фонариках горелку иногда делают из горючих полимеров. Купол изготавливается из рисовой бумаги с добавлением тутового дерева. Бумагу, как правило, пропитывают специальным негорючим составом, чтобы она не загоралась. Каркас и купол небесного фонарика могут иметь различную форму, от стандартных геометрических фигур (цилиндр, шар) до изображений животных и популярных предметов обихода.

Принцип действия

Принцип полёта небесного фонарика

Пламя горелки нагревает воздух внутри фонарика до 100~120 °С. При нагревании плотность воздуха становится меньше, а соответственно и его масса. Воздух внутри фонарика становится легче воздуха снаружи, поэтому фонарик всплывает в холодном воздухе.^[4]

Плотность нагретого воздуха внутри фонарика можно посчитать, используя уравнение состояния идеального газа

$\rho = \frac{p}{R \cdot T},$

где ρ — плотность воздуха, p — абсолютное давление, R — универсальная газовая постоянная для сухого воздуха (287,058 ^Дж⁄_(кг·К)) и T — абсолютная температура в Кельвинах.

Объем среднего фонарика приблизительно равен 0.25 м³. При стандартном атмосферном давлении в 101,325 КПа и температуре воздуха 20 °С плотность атмосферного воздуха составляет 1,2041 кг⁄м³. Отсюда следует, что масса воздуха в фонарике объемом 0.25 м³ составит около 300 граммов.

При нагревании воздуха внутри фонаря до температуры в 100 °С его плотность понизится, и составит 0,946 кг⁄м³. При такой плотности, масса воздуха внутри фонарика будет уже не 300 г, а 236 г. Масса конструкции среднего китайского фонарика около 50 г. Общая масса фонарика (с нагретым воздухом внутри) 50 г + 236 г = 286 г. Получается, что полная масса фонарика на 14 г меньше массы воздуха, занимающего такой же объем. Эта разница отвечает подъемной силе, действующей на фонарик.

Согласно закону Архимеда на тело, погружённое в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной этим телом жидкости (или газа), $F_A = \rho gV$, где $\rho$ — плотность жидкости (газа), ${g}$ — ускорение свободного падения, а $V$ — объём погружённого тела.

Для фонарика выталкивающая сила $F_A$ = 1,20кг⁄м³ × 9,8 м/с² × 0,25 м³ = 2,94 Н. Сила тяжести, действующая на фонарик, $F_T$ = 0,286 кг × 9,8 м/с² = 2,80 Н.

Поведение фонарика зависит от соотношения между модулями силы тяжести $F_T$ и силы Архимеда $F_A$, которые действуют на это тело. Фонарик начнет подниматься в небо, если выполняется условие $F_T<F_A$. В нашем случае это условие выполняется, так как 2,80 Н < 2,94 Н.

Некоторые характеристики

Вес среднего небесного фонарика составляет 50-100 г. Высота подъема обычно находится в пределах 200—500 метров, время горения топлива в горелке — 15-20 минут. Размеры фонариков варьируются от от 70*28 см до 170*50 см (высота*диаметр нижнего кольца)^[5]

Безопасность при эксплуатации

При запуске небесных фонариков нужно соблюдать определенные требования безопасности^[6]. Например, нельзя запускать их в непосредственной близости от аэропортов и пожароопасных сооружений. Во избежание возгораний нельзя запускать фонарики в ветреную погоду.

Запуск небесных фонариков запрещён во многих государствах. Металлический каркас от упавших фонариков приводит к гибели домашнего скота, который съедает проволоку вместе с сеном, собаки на прогулке ранят этой проволокой лапы. Не успевшие потухнуть перед приземлением свечи поджигают соломенные крыши и даже уничтожают целые поля. Известны случаи вывода из строя электростанции и возникновения пожара в жилом доме, приведшего к гибели людей^[7].

Мероприятие по запуску фонариков в Москве

Примечания

1. ↑ Прокуратура: В Бурятии "небесные фонарики" создали угрозу авиации "Запуск двух тысяч "небесных фонариков" был осуществлен без разрешения на это органа организации воздушного движения. ... А использование воздушного пространства для запуска каких-либо объектов без разрешения органа воздушного движения угрожает безопасности полетов."
2. ↑ История небесных фонариков. Архивировано из первоисточника 1 мая 2012.
3. ↑ 2005, Xin Zhou, 2nd prize, Arts and Entertainment. Архивировано из первоисточника 1 мая 2012.
4. ↑ Принцип, по которому взлетают небесные фонарики. Архивировано из первоисточника 1 мая 2012.
5. ↑ Размеры небесных фонариков. Архивировано из первоисточника 1 мая 2012.
6. ↑ Правила использования. Архивировано из первоисточника 1 мая 2012.
7. ↑ Запуск сигарет