本文翻譯自wired在線版的同名文章，作者RHETT ALLAIN.

在第87屆梅西百貨的感恩節(jié)大游行中展示的藍(lán)精靈氣球。

      你曾經(jīng)見(jiàn)過(guò)一個(gè)帶氣球的小孩嗎？ 看起來(lái)很有趣。 孩子們注意周?chē)氖澜纾核麄冎?，?dāng)你放下東西的時(shí)候，它會(huì)落下。 氣球不遵循這些規(guī)則，這是一個(gè)例外，所以氣球才如此迷人。

    但是大人呢？ 我們?nèi)匀幌矚g看到超乎常規(guī)的東西。 梅西百貨游行中使用的氣球似乎為了在天空中移動(dòng)而違背了物理學(xué)。 當(dāng)然，他們并沒(méi)有， 正是因?yàn)槲锢硪蛩夭拍軌蚱　?/span>

氣球?yàn)槭裁床粫?huì)落地？

這些巨大的氣球的確有一股力量被拉下來(lái)。 這個(gè)引力與物體的質(zhì)量成正比。 外部材料和內(nèi)部的氣體都具有導(dǎo)致大約2000牛頓（450磅）的重量的質(zhì)量。 然而，即使有如此巨大的向下的力量，氣球仍然高高在上。 對(duì)象必須有一個(gè)向上的力量。 這是浮力，它是由氣球頂部和底部的氣壓差造成的。

你可以把空氣想象成一堆彈跳的球。當(dāng)這些氣球碰到一個(gè)表面（如氣球的一側(cè)）時(shí)，它們會(huì)彈開(kāi)。由于球變化的勢(shì)頭，它必須用力推擠氣球。這個(gè)力量取決于撞擊表面的氣球數(shù)量以及氣球的速度和質(zhì)量。但是，這是一個(gè)很酷的部分。為了使所有這些氣球不僅僅落在地面上，它們?cè)谙蛏系姆较蛏媳仨毐认蛳碌姆较蛴懈嗟呐鲎?。這意味著，當(dāng)你在大氣層下降時(shí)，空氣密度增加，導(dǎo)致更大的壓力。

但是這個(gè)空氣多大程度上像一個(gè)氣球推動(dòng)一個(gè)物體？最簡(jiǎn)單的就是考慮一下空氣中漂浮的一塊空氣。是的，這可能看起來(lái)很愚蠢，但有一個(gè)原因。如果沒(méi)有風(fēng)，空氣中的空氣塊應(yīng)保持靜止。這意味著推動(dòng)這種空氣的凈力必須是零牛頓。這里是一個(gè)圖表，顯示了這個(gè)浮動(dòng)的空氣塊的所有力量。

顯然，空中阻力側(cè)的力量消失了。使垂直力消失的唯一方法是，推動(dòng)空氣塊的凈向上的作用力與空氣的重力作用力相等。現(xiàn)在用一個(gè)氣球替換那塊空氣。其余的空氣仍然應(yīng)該像氣墊那樣推動(dòng)氣球。這意味著浮力必須等于被該物體排出的空氣的重量。是的，這就是我們所說(shuō)的阿基米德的原則。你可以用它來(lái)取代水或空氣或任何其他物體。

但是人類(lèi)呢？人類(lèi)有浮力嗎？當(dāng)然，人類(lèi)置換空氣，他們有一個(gè)浮力。那么人類(lèi)不應(yīng)該漂浮嗎？不可以。如果你考慮一個(gè)75公斤人的密度接近水的密度（1000公斤/立方米），這將使體積僅為0.075立方米，浮力為0.882牛頓（0.2磅）。即使對(duì)人體有浮力，與體重相比也是太小了。當(dāng)然，如果你切換到更密集的媒體（如水），那么你可以漂浮。

讓巨大的物體飄浮在空中的唯一辦法就是給他們一些小的重量。最簡(jiǎn)單的方法是取一層薄薄的殼體，并用氦氣（氫氣和熱空氣也可以）等非常輕的氣體填充。你可能會(huì)認(rèn)為你可以簡(jiǎn)單地把氣球的內(nèi)部空置 - 是的，這是可行的。然而，你會(huì)發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題，氣壓會(huì)使氣球壓扁。真的，唯一的選擇是填充氣體。氦氣比氫氣更好，因?yàn)樗幌駳錃饽菢尤菀着c氧氣發(fā)生反應(yīng)（炸掉）。

大的氣球更容易升空

假設(shè)你想為螞蟻?zhàn)龈卸鞴?jié)游行。 這不是很酷嗎？ 那么，制作螞蟻大小的氣球幾乎是不可能的。 制作更大的氣球更容易。 為什么？ 我們來(lái)看看兩個(gè)球形氣球，其中一個(gè)是另一個(gè)半徑的兩倍。

如果將氣球的半徑加倍，則將體積增加八倍（因?yàn)轶w積與立方體的半徑成正比）。但是氣球外面的材料呢？比方說(shuō)，我想把所有的東西都做得很均勻，而且我把這個(gè)材料的厚度增加了一個(gè)大一點(diǎn)。由于這種材料只覆蓋了氣球的表面積，因此其面積將增加四倍。如果包含雙倍厚度，較大的氣球的材料也是較小氣囊的八倍。

但是在某個(gè)時(shí)候，你不需要繼續(xù)制造更厚，更厚的氣球皮。我可以得到一些厚度僅為1毫米的材料（比如說(shuō)橡膠）。這意味著如果我將氣球的半徑增加10倍，體積將增加1000倍，但是也許殼體的質(zhì)量只會(huì)增加100倍。體積很重要，因?yàn)檫@是我獲得浮力的地方。

現(xiàn)在讓我們走另一條路。讓我們?yōu)槲浵佔(zhàn)鲆粋€(gè)氣球。如果我將普通派對(duì)氣球的半徑減小100倍（實(shí)際上它應(yīng)該小于這個(gè)值），那么炮彈的厚度也必須減少100。這些氣球已經(jīng)很薄了。減少太多，你只是不會(huì)有一個(gè)結(jié)構(gòu)能夠舉行氣球在一起。增加厚度一點(diǎn)，質(zhì)量太高，無(wú)法漂浮。所以，對(duì)不起，游行螞蟻氣球不成立。

大氣球更難操縱

好極了！ 我有一個(gè)巨大的氣球，它可以漂浮。 有什么比這更棒的？ 哦，當(dāng)然，我需要一大堆人（還有幾輛車(chē)）牽著它，但它仍然是一個(gè)巨大的氣球。 可是等等， 巨型氣球仍然有問(wèn)題。 把事情做大可能會(huì)更容易浮動(dòng)，但會(huì)增加其他問(wèn)題。

第一個(gè)問(wèn)題是風(fēng)。 當(dāng)然，你手上的小氣球上的那種微風(fēng)很煩人。 但是當(dāng)你增加氣球的尺寸時(shí)會(huì)發(fā)生什么？ 推動(dòng)氣囊的力與橫截面積成正比。 如果你的氣球的半徑增加一倍，你就增加了四倍氣動(dòng)阻力。

如何快速估算呢？如果你喜歡像探險(xiǎn)家朵拉一樣的氣球，它大概是16米乘13米（從側(cè)面看它）。如果這是一個(gè)半徑只有6.5米的完美球體，我們可以通過(guò)假設(shè)空氣阻力的典型模型來(lái)估算空氣動(dòng)力。在10英里/小時(shí)（4.5米/秒）的風(fēng)速下，水平空氣力約為760牛頓。對(duì)于30到50名成年人來(lái)說(shuō)，這并不算什么壞事。但是，如果將風(fēng)速加倍，則會(huì)將空氣阻力增加4倍，達(dá)到3000牛頓?，F(xiàn)在你失控了。

這是第二個(gè)問(wèn)題。失控的氣球是不好的。你可能會(huì)認(rèn)為它是漂浮的，所以它是無(wú)害的，但這些氣球仍然有質(zhì)量。如果一個(gè)氣球使用12,000立方英尺的氦氣，即大約55千克。增加氣球的質(zhì)量，你很容易超過(guò)200公斤。當(dāng)一個(gè)200公斤的氣球碰撞到一個(gè)燈柱時(shí)，燈柱可能會(huì)輕易倒塌造成傷害（過(guò)去確實(shí)發(fā)生過(guò)這樣的案例）。

如果這些氣球是危險(xiǎn)的，你怎么安全地把他們放在游行隊(duì)伍里？總是有一些風(fēng)險(xiǎn)，但是通過(guò)飛行員訓(xùn)練（是的，氣球有飛行員）并且在惡劣的天氣條件下將其牢牢固定在地面，將最小化這些風(fēng)險(xiǎn)。希望這將帶來(lái)一個(gè)安全和愉快的感恩節(jié)游行。