Je leest:

Helium drijft op lucht

Helium drijft op lucht

Auteur: | 20 oktober 2003

Jan Peter krijgt van zijn vader op de kermis een ballonnetje gevuld met helium. De vader betaalt de verkoper en geeft het ballonnetje aan zijn zoontje. De kleine Jan Peter wordt opgetild door de ballon en zweeft langzaam weg. Dit soort scènes ziet men vaak in stripverhalen, maar kan dit ook echt?

Jan Peter (en zijn vader) hebben geluk: met een kleine kermisballon zal niemand zomaar wegvliegen. Daar is zwaarder geschut voor nodig! Of de deelnemers aan de eerste aflevering van het populair-wetenschappelijke programma Hoe?Zo! dat ook weten, is nog maar de vraag. Tenslotte, denken ze misschien, is Steve Fossett met een heliumballon de wereld om gevlogen. Waarom een klein jongetje dan niet?

Iedereen heeft wel eens een ballon opgeblazen voor een verjaardagsfeestje. Hoe leuk ze er ook uit zien, vliegen doen ze niet. Maar een ballon met hete lucht of helium gaat zonder moeite omhoog. Die stoffen zijn namelijk lichter dan lucht. De eerste doorhad waarom lichte stoffen op zware drijven was de Griekse filosoof Archimedes (287-211 v.Chr.).

Van de grootste wiskundige van de Oudheid bestaan maar weinig afbeeldingen. Dit is een detail van een oude gravure.

Drijven op water

Archimedes, zo gaat het verhaal, vroeg zich al tijden af waarom sommige dingen in water drijven en andere niet. Toen hij een bad nam, kreeg hij ineens een ingeving: hij riep “Eureka!” (ik heb het!) en sprong de badkuip uit. Wat had hij ontdekt? Iets blijft drijven als het lichter is dan water. Dat komt door de waterdruk: hoe dieper je gaat, hoe groter die wordt. Het drukverschil tussen de boven- en onderkant van een drijvend voorwerp kan net genoeg zijn om het tegen de zwaartekracht in naar boven te duwen. Maar dan moet dat voorwerp wel lichter zijn dan water.

Drijven op lucht

Water is niet de enige stof waarvoor de wet van Archimedes geldt: die gaat op voor andere vloeistoffen, maar ook voor gassen zoals lucht. Omdat lucht een stuk lichter is dan water, kunnen wij mensen er niet in drijven: wij zijn zwaarder dan lucht. Maar met materiaal dat lichter is dan lucht gaat dat zonder problemen. En als je daar maar genoeg van neemt, kun je ook zwaardere dingen optillen. Mensen bijvoorbeeld, of een complete luchtballon.

Warme lucht, waterstof en helium zijn zulke stoffen die lichter zijn dan lucht. Warme lucht is lichter dan koude lucht, omdat het een groter volume inneemt. Een liter warme lucht bevat minder moleculen dan een liter koude – en is dus lichter. De gassen waterstof en helium hebben de lichtste atomen van allemaal. Daarom zijn ze per deeltje al lichter dan lucht. Als je die twee gassen ook nog eens verwarmt, duwt de lucht ze volgens de wet van Archimedes makkelijk omhoog. Een luchtdichte zak eromheen en je hebt een ballon!

Een van de eerste ballons werd door de Franse broers Montgolfier gebouwd. Deze ballon werd in Parijs getest.

De Franse broers Joseph en Jacques Montgolfier waren de eersten die met een papieren ballon vol warme lucht het luchtruim kozen. Ballons werden daarna voor allerlei taken ingezet: legers gebruikten ze om te verkennen, maar tegenwoordig worden ze gebruikt om op grote hoogte metingen aan de atmosfeer te doen. Ooit dacht men dat ballons hét transportmiddel van de toekomst zouden worden: de zeppelins waren gigantische ballons, gevuld met het lichte gas waterstof. Ze konden enorme hoeveelheden lading vervoeren, maar bleken door hun waterstof ook erg gevaarlijk. Waterstof is namelijk niet alleen licht: het is ook erg brandbaar. De ramp met de zeppelin Hindenburg in 1937 was het einde van het zeppelin-tijdperk.

De Hindenburg, een Boeing 747 en het immense passagierschip Titanic. Hindenburg was 804 voet (ongeveer 245 meter) lang, iets minder lang dan de 269 meter van de Titanic.

Ballonnen bleven ook na de ramp met de Hindenburg aantrekkingskracht uitoefenen op mensen. Het brandbare waterstof werd ingeruild voor helium of hete lucht. Die stoffen zijn zwaarder dan waterstof en leveren dus minder stijgkracht, maar ze zijn niet brandbaar. Ballons zijn elke zomer te zien als ballonvaarders een korte trip over het land maken. Hoe mooi het uitzicht van een paar honderd meter ook is, Steve Fossett had een heel andere ervaring voor ogen. Hij wilde de eerste ballonvaarder zijn die in zijn eentje in één keer de wereld rondreisde. Zijn ballon was een wonder van moderne techniek.

Solo Spirit, de ballon van Steve Fossett, op 250 kilometer ten zuiden van Tahiti. bron: Franse marine/Tahiti Presse

Na een aantal mislukte pogingen slaagde Fossett er in 2002 in om als eerste alleen in een ballon rond de wereld te vliegen. Omdat hij gebruik maakte van de straalstroom, op tien kilometer hoogte, kon hij geen ballonmand gebruiken: hij leefde in een drukcabine die eten, drinken en niet te vergeten supermoderne communicatieapparatuur bevatte. Fossett deed bijna vijftien dagen over zijn reis. Jan Peter zal dan wel niet van zijn vader wegvliegen, maar het kan wel degelijk: met een ballon de wereld rond.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 20 oktober 2003

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.