“Vamos entender como funcionam os balões de hélio, aquelas bexigas que permanecem
fazendo força para voar e nos escapam se soltarmos a corda por um simples segundo.”

Ciência:
Física/Química

Nível: básico

É tão natural para nós imaginar que as coisas flutuam no ar! Nós mesmos sofremos
o efeito da flutuação quando estamos na água, e é uma boa maneira de explicar sobre
o hélio começando com a flutuação na água.

Encha uma garrafa pet de ar e a deixe bem fechada, amarrando uma corda bem presa
nela. Mergulhe com a garrafa em uma piscina. O que acontece com a garrafa? Ela irá
fazer o máximo que pode para retornar à superfície, e se soltarmos a corda eles
irão escapar e flutuar sem nossa interferência. Exatamente como os balões, certo?

A razão pela qual este “balão” de garrafa de refrigerante tende a subir na água
é que a água é um fluido e a garrafa de 1 litro está deslocando um litro desse fluido.
A garrafa e o ar contido nela pesam 28,35 gramas no máximo (1 litro de ar pesa cerca
de 1 grama e a garrafa também é muito leve). O litro de água que ela desloca, no
entanto, pesa cerca de 1.000 gramas. Como o peso da garrafa com o ar contido nela
é menor que o peso da água que desloca, a garrafa flutua. Esta é a lei da flutuabilidade,
também conhecida como Princípio de Arquimedes).

O princípio do balão de hélio é o mesmo. Enquanto o balão e o hélio forem mais leves
que o ar que deslocam (aqui eles deslocam o ar, assim como nossa garrafa deslocava
a água), eles irão flutuar. O hélio é mais leve que o ar (não tão mais leve quanto
o ar da água, mas ainda assim de forma significativa). Já tinha se perguntado por
que os dirigíveis são tão grandes? Eles precisam deslocar muito ar para levantarem
vôo.

Um balão com diâmetro de 30,48 metros pode elevar aproximadamente 15 toneladas!
Você pode descobrir a capacidade de elevação do hélio em um balão esférico da seguinte
maneira:

1. Determine o volume do balão. O volume de uma esfera é 4/3 * pi * (r ao cubo),
onde r é o raio do balão. Então, primeiro determine o raio da esfera (o raio é metade
do diâmetro). Eleve o raio ao cubo (multiplique o raio por ele próprio três vezes:
r*r*r), multiplique por 4/3 e depois multiplique por Pi. Se você estiver medindo
o seu balão em metros, isso lhe dará o volume do balão em metros cúbicos.

2. Um metro cúbico de hélio elevará cerca de 1000 gramas, então multiplique o volume
do balão por 1000. Por exemplo: um balão de 6 metros possui um raio de 3 metros.
3* 3 * 3 * 3,14 * 4/3 = 113 metros cúbicos de volume. 113 metros cúbicos * 1000
gramas/metros cúbicos = 113.000 gramas ou 113 quilogramas.

É possível trocar o hélio por hidrogênio, mas há um problema grave: ele é altamente
inflamável!

Por que o hélio e o hidrogênio são tão mais leves que o ar?

Isso acontece porque os átomos de hidrogênio e hélio são mais leves que um átomo
de nitrogênio. Eles possuem menos elétrons, prótons e nêutrons que os átomos de
nitrogênio e isso os torna mais leves (o peso atômico aproximado do hidrogênio é
1, do hélio é 4 e do nitrogênio é 14). Aproximadamente o mesmo número de átomos
de cada um desses elementos ocupa quase o mesmo espaço. Portanto, os gases feitos
de átomos mais leves são, naturalmente, mais leves.

Se você colocar hélio em um balão e soltá-lo, o balão subirá até estourar. Quando
ele estoura, o hélio que escapa não tem nenhuma razão para parar – ele apenas prossegue
e vaza para o espaço.

 

Fontes:

http://science.howstuffworks.com/helium.htm