Este enunciado ha sido evaluado por nuestros especialistas así se garantiza la veracidad de nuestro tutorial.
Solución:
Solución 1:
No sabía que los globos se expandían durante el vuelo debido a la termodinámica, y no sabía qué tan alto pueden volar, pero una búsqueda rápida dice que un globo regular parcialmente vacío puede volar hasta una altitud de alrededor de $pu25 km$.
Ahora bien, $pu25 km$ significa que llega a la primera parte de la estratosfera, con temperaturas de $pu-60 ^circ C$, que aumentan gradualmente hasta $pu0 ^circ C $ a $pu50 km$. En cuanto a la presión, va desde alrededor de $pu40 mmHg$ hasta $ Si intenta un cálculo de $pV=nRT$ con estos datos, verá que el gas ya tiene alrededor de 10 veces su volumen inicial con una presión de $pu40 mmHg$ y una temperatura de $pu213 K$, y que en el punto $pu50 km$ el volumen se incrementa 700 veces! Además: mientras que la tendencia de la presión es bastante lógica, la de la temperatura es causada por interacciones complejas (por ejemplo, rayos solares que calientan partículas). Puedes encontrar esta imagen bastante interesante:
Solución 2:
Tiene toda la razón en que se trata de que la presión atmosférica disminuya a un ritmo lo suficientemente grande como para superar la contracción debida a la disminución de la temperatura. En un día agradable, despejado y seco a 25 °C al nivel del mar, la presión atmosférica disminuye aproximadamente un 12 % por km, mientras que la temperatura del aire disminuye aproximadamente un 3 % por km.
Esto es muy similar al proceso que permite que las nubes de convección se expandan con la altura y se formen las tormentas eléctricas resultantes. Si una masa de aire comenzara a elevarse y luego se contrajera debido al enfriamiento, ese sería el final de ese evento de convección.
Solución 3:
Gracias a la ley de los gases ideales, el volumen del globo en realidad no depende del hecho de que el gas en el interior sea helio En particular. Así que deberíamos obtener el mismo volumen si llenamos el globo con aire ordinario y lo elevamos a la atmósfera mecánicamente en lugar de dejar que se eleve por su propia flotabilidad.
En este experimento mental modificado, el densidad del gas dentro del globo es exactamente la misma que la densidad del aire circundante, suponiendo que tanto la presión como la temperatura estén igualadas.
Si el volumen del globo permaneció igual, esto requeriría que la atmósfera tenga la misma densidad en todas las altitudes. Pero entonces tendría que haber una cantidad infinitamente mayor, lo cual es absurdo en conflicto con las observaciones: es bien sabido que la densidad en el espacio se aproxima a cero, y dado que la atmósfera no es un líquido, no tiene un borde superior definido, por lo que su densidad deber disminuir gradualmente a medida que avanzamos.
Además, si la densidad fuera la misma en todas partes, el aire al nivel del mar no estaría comprimido por el peso de la atmósfera sobre nosotros, que es además absurdo. (Considere lo que sucede si comprimimos una porción de aire con un pistón, digamos, una bomba de bicicleta. Tanto la presión como la temperatura aumentarán, ¡pero la temperatura no aumenta tan rápido como para que el volumen permanezca constante!)