Китайский фонарик

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. 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].

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 полёта небесного фонарика

Воздушный камифусэн на фестивале Камихинокинай в 2015 году

Различные цвета китайского фонарика и их значения в Тайване

Запуск китайского фонаря во время Йи Пенг рядом с Чиангмай, Таиланд

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

${\displaystyle \rho ={\frac {p}{R\cdot T}},}$

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), ${\displaystyle F_{A}=\rho gV}$, где ${\displaystyle \rho }$ — плотность жидкости (газа), ${\displaystyle {g}}$ — ускорение свободного падения, а ${\displaystyle V}$ — объём погружённого тела.

Для фонарика выталкивающая сила ${\displaystyle F_{A}}$ = 1,20кг⁄м³ × 9,8 м/с² × 0,25 м³ = 2,94 Н. Сила тяжести, действующая на фонарик, ${\displaystyle F_{T}}$ = 0,286 кг × 9,8 м/с² = 2,80 Н.

Поведение фонарика зависит от соотношения между модулями силы тяжести ${\displaystyle F_{T}}$ и силы Архимеда ${\displaystyle F_{A}}$, которые действуют на это тело. Фонарик начнет подниматься в небо, если выполняется условие ${\displaystyle F_{T}<F_{A}}$. В нашем случае это условие выполняется, так как 2,80 Н < 2,94 Н.

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).

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.

Мероприятие по запуску фонариков в Москве

Подстилка для китайского фонарика в Национальном природном заповеднике Muir of Dinnet шотландского природного наследия

• Монгольфьер
• Бумажный фонарик (дэнлон)