Hoofdstuk
1 De principes
Warme
lucht stijgt op ten opzichte van koudere lucht omdat warme lucht een lager soortelijk
gewicht heeft dan koude lucht. Dit wordt veroorzaakt door de natuurkundige
eigenschappen die "warmte" heeft. Deze eigenschappen laten zich het
makkelijkst samenvatten met het woord: beweging. De atomen waaruit warme
stoffen bestaan bewegen zich gepassioneerder dan die van koude stoffen die op
kantoor zitten. Bij een gas resulteert dit in een "uitrekking" van de
stof: de atomen begeven zich, gestuwd door hun snelheid, verderaf van elkaar.
De gevolgen zijn, bijvoorbeeld, dat in een gesloten vat bij verhitting de druk
toeneemt, en bij een niet gesloten of een (in het geval van de ballon) rekbaar
vat de omvang van een gelijk blijvende massa toeneemt. Volgens de eenvoudige
wetten van het soortelijk gewicht volgt hieruit dat, bij een gelijke massa en
een groter volume, dit soortelijk gewicht afneemt. De drukwetten van de
Engelsman Boyle voorspellen dat een lichaam met een lager soortelijk
gewicht dan de omgeving, stijgen zal. Een lichaam met een hoger soortelijk
gewicht zal dalen. Zo zal het lichaam van een spijker vallen in lucht, maar na
verdamping van de spijker zal de spijkerdamp, die immers een veel groter volume
inneemt, opgevangen bijvoorbeeld in een ballon, bij voldoende verhitting
opstijgen. Wel wordt men met onthutste klem gewaarschuwd een dergelijk
experiment niet thuis uit te voeren, want de temperaturen benodigd om
spijkerdamp zodanig te verhitten dat het opstijgt in de aardse atmosfeer, loopt
in de duizenden graden. Het materiaal van een ballon die volgens het zogenaamde
spijkerdampprincipe werkt zou dan ook
van wolfraamdraad of een tot op heden nog onbekende, extreem hittebestendige
koolstofvezel gemaakt moeten zijn. (Zie overigens verder een volgende
natuurwetenschappelijke bijdrage, waarin we dieper zullen ingaan op de theorie
en praktijk van de spijkerdamp-, de looddamp- en de lijkendampballon)
De
praktijk
Tot
op heden begaf men zich hemelwaarts in zogenaamde
"heteluchtballonnen", ogenschijnlijk een logische toepassing van het
hierboven geschetste principe. Toch kleven aan deze vervoermiddelen enige
belangrijke bezwaren. Doordat men de lucht binnen in de ballon verhitten moet,
dient men te zweven met een constant vuurtje in de gondel, een omstandigheid
die niet alleen gevaarlijk is (men kan zich namelijk onaangenaam verbranden aan
het vuur van dergelijke helsche machines!), maar bovendien bij warm weer,
bijvoorbeeld in Senegal, uiterst oncomfortabel. Hiertegenover zij toegegeven
dat de heteluchtballon bij koud weer zeer prettig is, precies vanwege de
aanwezigheid van een warmtebron in de gondel.
Niettemin
werd alom de roep om een alternatief voor die eeuwige heteluchtballon steeds
groter. Men wil ook weleens buiten de winter een eindje zweven, nietwaar?
Vandaar
dat we u vandaag met enige trots ons geesteskind kunnen presenteren: de
koudeluchtballon!
De
Koudeluchtballon
De
principes van het soortelijk gewicht blijven ook bij deze gloednieuwe
uitvinding geheel overeind. Hoog soortelijk gewicht stijgt ten opzichte van laag
soortelijk gewicht, maar bij de koudeluchtballon is het niet de bedoeling om de
inhoud van de ballon te verhitten, maar juist om de omgeving ervan drastisch te
verkoelen. Men zal gemakkelijk inzien dat een dergelijke technische prestatie
uiteindelijk een volstrekt identiek gevolg zal hebben. De verhoudingsgewijs
warme ballon zal in de koude lucht opstijgen, en trompetters, in de gondel van
de ballon gestapt, zullen als engelen over de lege, tandenknarsende vlaktes
bazuinen dat het een lust is.
Het
grote voordeel is evident: doordat de binnenkant van de ballon nu niet langer
verhit behoeft te worden, heeft men geen verwarmingselement meer nodig en kan
men zich niet meer lelijk bezeren aan de verzengende vlammen. Wel moet men de
ballon afsluiten om te voorkomen dat de (relatief) warme lucht uitstroomt (dat
zou een aardige illustratie van het principe van de raketmotor zijn, zie ook
daarover in een latere bijdrage), en men heeft, door het ontbreken van het
verwarmingselement meer ruimte in de gondel, zodat men een paar passagiers mede
kan nemen om de wereld rustig vanuit de hemel te beschouwen, en aldus de gehele
onderneming wellicht zelfs financieel rendabel zou kunnen maken!
Praktische
Problemen
Ogenschijnlijk
moet het uiterst eenvoudig zijn, koelelementen om een luchtzak aan te brengen.
Toch brengt het reizen per koudeluchtballon enige onverwachte problemen met
zich mee.
Het
eerste en belangrijkste probleem is dat van de isolatie. Veel meer dan in een
heteluchtballon moet bij een koudeluchtballon het binnenste van de luchtzak
goed geïsoleerd zijn. Bij een slechte isolatie wordt namelijk het binnenste
verkoeld, en niet het buitenste. Dat is een proces dat niet meer tegen te
houden zal zijn: door de verkoeling wordt de omvang van de ballon kleiner,
waardoor de koelelementen (die wij in dit artikel postuleren als gelijkmatig
over het oppervlak van de ballon verdeeld), elkaar naderen, zodat het
koude-effect op het binnenste van de ballon verder toeneemt, zodat hij weer
verder krimpt etc., etc. Onder ballonvaarders noemen wij dit een "vicieuze
ballon".
Evenzo
maakt het principe van de koudeluchtballon uiteraard gebruik van het principe
van de "omgekeerde vicieuze ballon": bij voldoende verkoeling van de
buitenlucht vergroot de ballon zich, zodat de koelelementen zich van elkaar
verwijderen, zo ongeveer zoals de sterrenstelsels zich van elkaar verwijderen
in ons fraaie, uitdijende heelal, die prijzenswaardige schepping van God. Om
deze reden dus moet de huid van een koudeluchtballon uitstekend geïsoleerd
zijn, als ware hij een soort thermosfles.
Dan
is er het probleem van het bereik van de koelelementen. Een geringe verkoeling
van de buitenlucht brengt met zich mee, dat die verkoeling ook slechts zeer
lokaal zal zijn. Buiten een straal van enkele decimeters tot een meter is de
lucht weer van een voor een mens normale temperatuur. De vraag is nu, welk van
de twee modellen we als het meest plausibel zullen moeten aannemen (zie figuur
1).
Theoretici houden
het erop dat de twee modellen beide foutief zijn. Door de aanvankelijke
verwarming van het binnenst van de ballon stijgt de ballon, aldus onder zich een
vacuüm veroorzakend. De koude lucht stroomt met kracht langs de ballon naar
beneden en hoopt zich op onder het koudeluchtobject. Nu wordt duidelijk wat er
gebeurt: door telkens een stukje te stijgen, duwt de ballon de lucht naar onder
zich, zodat het onderste vacuüm opgevuld wordt, waardoor op zijn beurt boven op
de ballon een nieuw vacuüm ontstaat, dat niet meer opgevuld kan worden door de koude
omringende lucht (koude lucht stijgt niet, maar zakt). Zodoende zal het stijgingseffect
van de ballon alleen nog maar toenemen. Om dit effect te versterken, dient de
bovenzijde van de koudeluchtballon van aanzienlijk meer koelelementen voorzien
te zijn dan de onderzijde. Mits op de juiste manier aangebracht, zal deze
constructie, in een oneindig dikke dampkring, volgens de principes van het
perpetuum mobile uiteindelijk noodzakelijkerwijze de lichtsnelheid bereiken.
(wordt vervolgd)
Een topless
vrouw, bruin verbrand en eveneens diep in de vijftig, waadt nu het zeewater in.
Zonder snorkel of duikbrilletje bestudeert zij op haar beurt aandachtig de zeebodem die tot
twee meter diepte zo glashelder te zien is, dat je van boven het wateroppervlak
elk detail op die zeebodem kunt onderscheiden. Na verloop van tijd staat ze plotseling stil en verrukt roept ze
haar man: ‘Een octopus. Kijk toch eens, een klein octopusje onder die steen!’
