¿Por qué algunos gases como el helio y el hidrógeno tienen la capacidad de elevarse contra la gravedad?

Todos los gases tienen alguna capacidad, o se quedarían planos y los llamaríamos líquidos. La razón de esto es la teoría cinética de los gases, son partículas realmente pequeñas que se mueven a velocidades ultrasónicas y colisionan a menudo. Si solo tuviera una partícula (la más pequeña es una molécula) y se moviera hacia arriba, se elevaría decenas de kilómetros antes de retroceder. Las colisiones aleatorias los mantienen bajos, como empujarse en una multitud de fútbol. Por lo tanto, su gas ligero como el hidrógeno hace exactamente eso, e incluso puede filtrarse al espacio. Las fuerzas en el globo parecen estar en equilibrio, pero no lo están. Las fuerzas son iguales de lado a lado, pero no iguales de arriba a abajo. Hay más moléculas de aire exterior que chocan con la parte inferior que con la superior. Esto no tiene nada que ver con el peso, sino todo con el volumen.
Sin embargo, el peso del globo es lo que contrarresta eso.
Entonces, lo que realmente importa no es el peso del gas de llenado, sino qué tan eficientemente puede crear volumen sin agregar peso. Y esa es, por supuesto, la densidad. Un gas de baja densidad puede producir la misma presión que un gas de partículas pesadas, por lo que todas las cosas no son iguales en el mundo de los gases. La razón de esto tampoco es obvia, lo que hace que su pregunta sea buena.

¿Por qué un gas pesado produce menos presión? La presión es la tasa de colisión general, que depende de la masa y la velocidad para impartir cambios de momento. Entonces podría pensar que el gas pesado debería generar más fuerza, como un scrum de rugby. Pero a la misma temperatura lo que comparte es la energía, no el impulso.

Entonces una molécula más ligera se mueve mucho más rápido. Esto significa que pueden chocar más a menudo. Más a menudo significa una fuerza promedio más alta en un área. Por lo tanto, el equipo ligero es muy eficiente para mantener al lado al equipo más pesado. Pero arriba y abajo pagan el precio, y sube el globo, hacia el azul salvaje allá.

El hidrógeno y el helio son más ligeros que el aire. Mirando eso de otra manera, el aire es más pesado que el hidrógeno y el helio. Entonces el aire quiere llegar más al suelo. Si hay aire (pero solo si hay aire), evitará el hidrógeno y el helio en su esfuerzo por llegar al suelo.

Un globo lleno de hidrógeno o helio no desafía la gravedad. En un área con poca o ninguna atmósfera, como la luna, un globo de helio caería como una roca (en otras palabras, a la misma velocidad que una roca). En la Tierra, el globo flota en la atmósfera inferior más densa, porque es menos denso que el aire. Se eleva hasta que la masa del globo es igual a la masa del aire que desplaza.

Un experimento común en la ciencia de la escuela secundaria es mezclar alcohol y agua hasta que la densidad sea igual a la de una gota de aceite colocada dentro de ella. El aceite flotará en el agua y se hundirá en alcohol. Puede mezclar agua y alcohol hasta que la densidad combinada sea igual a la del aceite, y el aceite permanecerá suspendido como un glóbulo en el medio del recipiente.

Esencialmente, lo mismo está sucediendo aquí. El globo lleno de un gas como el helio es menos denso que el aire que desplaza, y se eleva hasta que la masa del globo es igual a la masa de aire en un volumen igual fuera del globo. El globo ha sido empujado hacia arriba a esa altura por el aire más denso debajo. No se elevará más porque el peso del globo lo empuja hacia el punto donde el aire más denso empuja hacia atrás.

  • Debido a que el hidrógeno y el helio son menos densos que el aire, suben hasta que el aire es tan denso como los átomos de hidrógeno o helio, a menos que se aceleren fuera de ese punto en la atmósfera.

Esta es una cuestión de flotabilidad. El volumen de aire desplazado por un volumen equivalente de hidrógeno o helio tiene una masa mayor, empujando la masa del hidrógeno o helio en cuestión hacia arriba. Es la flotabilidad de estos gases contrarrestando la gravedad; pero, dado que permanecen en la atmósfera, solo se elevan hasta el punto de que hay un equilibrio.

Estoy seguro de que alguien con un conocimiento real de la física atmosférica va a pasar por aquí y caca poo esta descripción muy rudimentaria, pero supongo que para nuestros supuestos lo hará.

No hay “ascenso” … empujarlo es.