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.

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:

Масляная лампа была установлена под большим бумажным мешком, который поднимался с горячим воздухом от лампы. … Враги были охвачены страхом из-за света в воздухе, думая, что божественная сила помогала ему. ^[1]

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. 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, по которому небесные фонарики взлетают в небо, хорошо иллюстрирует следующий пример:

Возьмем пустую пластиковую бутылку, и опустим под воду. Бутылка очевидно будет стремиться всплыть, и для того чтобы удержать ее под водой потребуются некоторые усилия. Если же бутылка будет заполнена водой, она опустится на дно.

Так как плотность воздуха в бутылке меньше плотности воды, вода всегда будет выталкивать бутылку на поверхность. Более плотное вещество стремится вытолкнуть из себя менее плотное согласно закону Архимеда.

Этот же принцип работает и с небесными фонариками. Пламя горелки нагревает воздух внутри фонарика до 100~120 °С. При нагревании плотность воздуха становится меньше, а соответственно и его вес. Воздух внутри фонарика становится легче воздуха снаружи. И поэтому фонарик всплывает в "холодном воздухе" подобно тому, как бутылка всплывает в воде.^[4]

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

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 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 вес воздуха в фонарике объемом 0.25 м³ составит около 300 грамм.(Четверть от кубического метра)

При нагревании воздуха внутри фонаря до температуры в 100 °С его плотность понизится, и составит 0,946 кг⁄м³. При такой плотности, воздух внутри фонарика будет весить уже не 300 г, а 236 г.
Вес конструкции среднего китайского фонарика около 50г. Общий вес фонарика (с весом нагретого воздуха внутри) 50 г + 236 г = 286 г Получается, что полный вес фонарика на 14 г меньше веса воздуха, занимающего такой же объем. Эта разница и есть, подъемная сила действующая на фонарик.

Вспомним что, согласно закону Архимеда:

на тело, погружённое в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной этим телом жидкости (или газа)

где  — плотность жидкости (газа),  — ускорение свободного падения, а  — объём погружённого тела.

В нашем случае, выталкивающая сила : = 1,20кг⁄м³ × 9,8 м/с² × 0,25 м³ = 2,94 Н
Сила тяжести, действующая на фонарик: = 0,286 кг × 9,8 м/с² = 2,80 Н

Поведение фонарика зависит от соотношения между модулями силы тяжести и силы Архимеда , которые действуют на это тело.

Фонарик начнет подниматься в небо, если выполняется условие - . В нашем случае это условие выполняется, так как 2,80 Н < 2,94 Н

Некоторые характеристики

Вес среднего небесного фонарика составляет 100—150 г. Высота подъема обычно находится в пределах 200—500 метров, время горения топлива в горелке — 15-20 минут. Высота фонарика в среднем составляет 1 метр.

Безопасность при эксплуатации

При запуске небесных фонариков нужно соблюдать определенные требования безопасности^[5]. Например, нельзя запускать их в непосредственной близости от аэропортов и пожароопасных сооружений. Во избежание возгораний нельзя запускать фонарики в ветреную погоду.

Примечания