Китайский фонарик
- О растении см. физалис обыкновенный
Китайский фонарик — летающая светящаяся конструкция из бумаги, натянутой на легкий деревянный каркас. Действует она по принципу монгольфьера и пользуется популярностью в восточных странах.
В России запуск китайских фонариков в городах, посёлках и вблизи лесов запрещён:[1]
«Правила противопожарного режима в Российской Федерации», пункт 73:
… На территории поселений, городских округов и внутригородских муниципальных образований, а также на расстоянии менее 1000 метров от лесов запрещается запускать неуправляемые изделия из горючих материалов, принцип подъёма которых на высоту основан на нагревании воздуха внутри конструкции с помощью открытого огня.
История
Первые упоминания о китайских бумажных фонарях 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.[2]
Однако устройство, представляющее собой лампу в бумажной ёмкости, зарегистрировано ранее, и, согласно Джозефу Нидэму, воздушные шары с горячим воздухом в Китае были известны в III в. до н. э.
Также известно, что летающие китайские фонарики использовались как универсальное средство передачи сигналов между командованием и различными армейскими подразделениями в китайской армии[3]. Позже в Китае и других восточных странах запуску бумажных фонариков придавали определённое религиозное значение.
В Европе китайские фонарики стали массово появляться в 2005 году.[источник не указан 4348 дней] В 2005 году, в память о жертвах Землетрясения в Индийском океане в 2004 году, на пляже Khao Lak (в Таиланде) было запущено около 5 тысяч фонариков. Журналист Чжоу Синь (Ганджоу Дэйли) с фотографией этого события занял второе место в категории «Искусство и развлечения» в престижном международном конкурсе фотожурналистов World Press Photo[4].
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 хлопчатобумажной 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
 | Возможно, этот раздел содержит оригинальное исследование. |
Пламя горелки нагревает воздух внутри фонарика до 100~120 °С. При нагревании плотность воздуха становится меньше, а соответственно и его масса. Воздух внутри фонарика становится легче воздуха снаружи, поэтому фонарик всплывает в холодном воздухе.[5]
Плотность нагретого воздуха внутри фонарика можно посчитать, используя уравнение состояния идеального газа
- [math]\displaystyle{ \rho = \frac{p}{R \cdot T}, }[/math]
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 равен 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 масса воздуха в фонарике объемом 0.25 м³ составит около 300 граммов.
При нагревании воздуха внутри фонаря до температуры в 100 °С его плотность понизится, и составит 0,946 кг⁄м³.
При такой плотности, масса воздуха внутри фонарика будет уже не 300 г, а 236 г. Масса конструкции среднего китайского фонарика около 50 г. Общая масса фонарика (с нагретым воздухом внутри) 50 г + 236 г = 286 г. Получается, что полная масса фонарика на 14 г меньше массы воздуха, занимающего такой же объем. Эта разница отвечает подъёмной силе, действующей на фонарик.
Согласно закону Архимеда на тело, погружённое в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной этим телом жидкости (или газа), [math]\displaystyle{ F_A = \rho gV }[/math], где [math]\displaystyle{ \rho }[/math] — плотность жидкости (газа), [math]\displaystyle{ {g} }[/math] — ускорение свободного падения, а [math]\displaystyle{ V }[/math] — объём погружённого тела.
Для фонарика выталкивающая сила [math]\displaystyle{ F_A }[/math] = 1,20кг⁄м³ × 9,8 м/с² × 0,25 м³ = 2,94 Н. Сила тяжести, действующая на фонарик, [math]\displaystyle{ F_T }[/math] = 0,286 кг × 9,8 м/с² = 2,80 Н.
Поведение фонарика зависит от соотношения между модулями силы тяжести [math]\displaystyle{ F_T }[/math] и силы Архимеда [math]\displaystyle{ F_A }[/math], которые действуют на это тело. Фонарик начнет подниматься в небо, если выполняется условие [math]\displaystyle{ F_T\lt F_A }[/math]. В нашем случае это условие выполняется, так как 2,80 Н < 2,94 Н.
Некоторые характеристики
Вес среднего китайского фонарика составляет 50-100 г. Высота подъёма обычно находится в пределах 200—500 метров, время горения топлива в горелке — 15-20 минут. Размеры фонариков варьируются от 70×28 см до 170×50 см (высота×диаметр нижнего кольца).
Безопасность при эксплуатации
При запуске небесных фонариков нужно соблюдать определённые требования безопасности.
Например, нельзя запускать их в непосредственной близости от аэропортов и пожароопасных сооружений, в том числе в городах, поселениях, вблизи лесных массивов. Во избежание возгораний нельзя запускать фонарики в ветреную погоду.
Запуск небесных фонариков запрещён во многих государствах. Металлический каркас от упавших фонариков приводит к гибели домашнего скота, который съедает проволоку вместе с сеном, собаки на прогулке ранят этой проволокой лапы. Не успевшие потухнуть перед приземлением свечи поджигают соломенные крыши и даже уничтожают целые поля. Известны случаи вывода из строя электростанции и возникновения пожара в жилом доме, приведшего к гибели людей[6].
Для массового запуска фонариков на территории России в соответствии с Воздушным Кодексом требуется разрешение органов организации воздушного движения, из-за возможной опасности для полетов авиации.[7]
Массовые запуски требуют согласований с местными властями, как и другие массовые мероприятия. Подобные акции могут создавать обильное количество мусора, рассеянного по значительной территории.
См. также
Примечания
- ↑ Постановление Правительства Российской Федерации от 16 сентября 2020 г. № 1479 «Об утверждении Правил противопожарного режима в Российской Федерации» Архивная копия от 26 января 2021 на Wayback Machine // garant.ru
- ↑ Yinke Deng and Pingxing Wang. Ancient Chinese Inventions (2005), С. 113. Архивировано 2 октября 2014 года. Дата обращения 2 октября 2017.
- ↑ [flylight.ru/article/all_about/#history История небесных фонариков]. Архивировано 1 мая 2012 года. (недоступная ссылка с 26-10-2015 [3097 дней])[неавторитетный источник?]
- ↑ 2005, Xin Zhou, 2nd prize, Arts and Entertainment. Архивировано 1 мая 2012 года.
- ↑ [svetilki.com.ua/good/nebesnyj-fonarik-kupol#princyp-raboty-nebesnyh-fonarikov Принцип, по которому взлетают небесные фонарики]. Архивировано 1 мая 2012 года.[неавторитетный источник?]
- ↑ Запуск сигарет. В Великобритании небесные фонарики приравняют к мусору Архивная копия от 2 декабря 2018 на Wayback Machine / ГЕО, 2012
- ↑ Прокуратура: В Бурятии «небесные фонарики» создали угрозу авиации Архивная копия от 4 февраля 2013 на Wayback Machine // Российская Газета, 2012-04-18 «Запуск двух тысяч „небесных фонариков“ был осуществлён без разрешения на это органа организации воздушного движения. … А использование воздушного пространства для запуска каких-либо объектов без разрешения органа воздушного движения угрожает безопасности полетов.»