¿Cómo funciona un globo aerostático?
En una palabra: flotabilidad.
Los globos de aire caliente flotan en el cielo por la misma razón que los barcos flotan en el mar. Un barco flota porque está sostenido por el agua que está debajo de él: el peso del barco (tirando hacia abajo) es exactamente contrarrestado por la presión del agua que está debajo de él (empujando hacia arriba). Un barco no flota perfectamente en la superficie del agua, sino que se hunde parcialmente en el agua según su peso. Cuanto más grande es el barco, mayor es el área de agua debajo de él, mayor es la fuerza de la presión del agua que lo empuja hacia arriba, y más peso puede soportar.
He aquí otra forma de verlo: en términos generales, un objeto flotará si es menos denso que el agua (en otras palabras, más ligero que un volumen igual de agua) y se hundirá si es más denso (más pesado que un volumen equivalente de agua). Imagina un bloque de plomo del tamaño de tu brazo dentro de una bañera llena de agua. Un "brazo lleno de plomo" pesa mucho más que un "brazo lleno de agua", así que el plomo se hunde en el fondo de la bañera inmediatamente. Pero un "brazo lleno de plástico", el brazo de plástico de un maniquí, por ejemplo, flota porque pesa menos que el mismo volumen de agua.
El quemador del globo calienta el aire y hace que el aire dentro del globo sea menos denso, produciendo una fuerza ascendente o elevación.
1) Un globo de aire caliente permanece en el suelo (o desciende) cuando el aire dentro de él está demasiado frío. En este caso, el peso del globo es mayor que la elevación.
2) Cuando el aire de su interior está un poco más caliente, el globo flota a una altura constante porque la fuerza de elevación y el peso son ahora los mismos.
3) Cuando el aire está aún más caliente, el globo se eleva porque la fuerza de elevación es mayor que el peso.
Un globo de aire caliente no es como un globo de goma atado en un nudo: está abierto en la parte inferior para que el aire pueda entrar y salir. Eso significa que la densidad del aire en el globo puede cambiar mientras que la presión interior y exterior es esencialmente la misma. Los globos de aire caliente flotan porque el aire atrapado dentro del globo se calienta con un quemador, haciéndolo menos denso que el aire exterior. A medida que el quemador calienta el aire, este se expande y parte del aire se escapa; eso es lo que lo hace menos denso. Aquí hay otra forma de verlo. Probablemente has oído a la gente decir que el calor se eleva, con lo que realmente quieren decir que el aire caliente se eleva. Cuando ves nubes de gas sucio y gris que suben de las chimeneas, es porque el aire que sale de ellas es más caliente que el aire ambiental (de alrededor). Si pudieras envolver una bolsa alrededor del aire caliente que entra en el fondo de una chimenea y sellarla, toda la bolsa se dispararía hacia arriba y saldría por la parte superior antes de alejarse y subir en el aire. En efecto, ¡habrías hecho un pequeño globo de aire caliente!
Sin embargo, los pequeños globos no son realmente muy útiles. Si quieres llevar un peso pesado en el mar, necesitas un barco grande: uno que pueda desplazar más agua puede llevar más carga. Exactamente de la misma manera, necesitas un gran globo de aire caliente para levantar un gran peso, porque necesitas crear más elevación con un mayor volumen de gas caliente. Solo para levantar el peso de un hombre adulto, se necesitaría un globo de unos 4 m de radio con el aire de su interior calentado a una temperatura de unos 120 °C. Eso explica por qué los globos de aire caliente son generalmente tan grandes.