Сейчас люди на праздники стали часто запускать в небо китайские фонарики, представляющие собой легкие бумажные мешки с отверстием внизу, в котором на проволочном каркасе крепится кусок пористого материала, пропитанного горючим. После его поджигания фонарик поднимается в небо на большую высоту, а потом может приземлиться вдали от точки старта. В городе, в лесу и при сильном ветре запускать фонарики опасно!
Опишите, основываясь на известных физических законах и закономерностях, процессы, происходящие в течение всех фаз полета такого фонарика. В чем причина опасности, о которой говорилось выше?
1. При горении горючего выделяется теплота, и газообразные продукты горения нагреваются — мы видим яркое пламя, фонарик светится.
2. Согласно уравнению Менделеева — Клапейрона, плотность газа при постоянном давлении p с ростом температуры
уменьшается, и горячие продукты горения выталкиваются более холодным и тяжелым окружающим воздухом вверх, заполняя фонарик (здесь
— молярная масса газа, а R — универсальная газовая постоянная).
3. Когда выталкивающая сила, действующая по закону Архимеда со стороны воздуха в гравитационном поле на фонарик, превысит силу тяжести, фонарик начнет подниматься вверх.
4. Подъем будет продолжаться до тех пор, пока не выгорит все горючее. После этого горячие газы в фонарике будут охлаждаться из-за теплообмена с холодным окружающим воздухом, подъемная сила будет падать, и фонарик будет постепенно опускаться.
5. При наличии ветра фонарик из-за сил вязкого трения движется вместе с окружающим его воздухом, и приземление может произойти далеко от точки старта.
6. Фонарик при подъеме в городе или в лесу может быть отнесен ветром на балконы высотных домов, на кроны деревьев, когда горючее еще не кончилось, и вызвать пожар.

