第1个回答 2024-03-31
上期我们讲到一种中国古代传统的手工艺品孔明灯，它形如灯笼，点起灯来能飞在空中，有多个地区在元宵节、中秋节等节日有放孔明灯的习俗，是一种祈福的道具，而且既浪漫又神秘。
那么，为什么孔明灯能飞？
点亮的孔明灯
这其中包含了我们大气科学的简单原理，虽不复杂却很实用。孔明灯其实就是比较小巧的“热气球”，是古人智慧的创造。
十八世纪，法国造纸商孟格菲兄弟在欧洲发明了现代的热气球。他们受碎纸屑在火炉中不断升起的启发，用纸袋把热气聚集起来做实验，使纸袋能够随着气流不断上升。1783年6月4日，孟格菲兄弟在里昂安诺内广场做公开表演，一个圆周为110英尺（约33.5米，相当大）的气球升起，飘然飞行了1.5英里（约2.4千米）。同年9月19日，在巴黎凡尔赛宫前，孟格菲兄弟为国王、王后、宫庭大臣及13万巴黎市民进行了热气球的升空表演。同年11月21日下午，孟格菲兄弟又在巴黎穆埃特堡进行了世界上第一次热气球载人空中飞行，飞行了25分钟，飞越半个巴黎之后降落在意大利广场附近。这次飞行比莱特兄弟的飞机飞行早了整整120年。
启发了孟格菲兄弟的“碎纸屑在火炉中不断升起”原理在于热空气膨胀密度降低，比周围的空气密度低，轻者为上重者为下，带着纸屑向上飞。通常的热气球，是加热气球里的空气，膨胀起来的气球里密度比周围的空气小，空气和水能浮起船一样，因为压力差的问题，对于排开一定体积空气的物体（气球）产生向上的浮力，浮力与气球体积对应的空气相同，而气球内的热空气密度更低、重量更小，就被空气浮力“托起来”了。
热气球：底部加热
来看孔明灯，孔明灯主体大都以竹篦编成支架，用纸糊成灯罩，灯内的体积已经确定了，未点燃时灯内外都是空气。点燃底盘上放置的松脂后，灯内的空气加热膨胀，但是灯就这么大，又不是完全密闭的，所以空气跑出去一些，也就是说内部的热空气重量是小于这个体积对应的普通空气的重量的。
我们平时生活在大气中，都会受到浮力，只是力太小我们感受不到。我们人体或者孔明灯体积对应的空气重量（受到地球吸引叫做重力）就等于周围空气产生的浮力，刚才说了孔明灯内加热空气、同体积下密度较低，也就是说孔明灯点燃后它受到的浮力大重量小。如果孔明灯受到的浮力比其热空气重力大出来的差比框架的其他东西（也就是竹篦支架、纸灯罩、松脂等）的重量还大，孔明灯就可以在浮力作用下飞起来。大气的密度是越往高处越低的，孔明灯上升到一定高度后，向下的重力就和向上的浮力平衡，就不再上升了。
这一点和我们平时往密封气球里充氢气相似又不同。密封气球没有进去空气或者进入的少，充了大量氢气膨胀了一定体积，因为氢气比同体积的空气轻，所以依据同样的浮力原理，浮力大于重力则气球上升，这是相同点；不同点在于孔明灯体积已经确定（实际纸灯罩会有一点变化，但近乎不变化），浮力也已经确定，加热后是空气跑出去一部分所以总重量减小，而密封的氢气球只要不充太多炸了，多充氢气体积就更大、浮力也更大。
孔明灯：只要上边“罩得住”热空气
放孔明灯首先要注意防火的问题，孔明灯是纸做的灯罩，要注意不要烧到灯罩，另外要远离树木花草、易燃物等物体和设施。
而有鉴于原理，放孔明灯时也有一些注意事项。首先放之前检查孔明灯是否有破损，发现有破损，请用纸粘好，不然兜不住热空气，压力差、浮力也就无从谈起；风力过大会导致热空气流失，孔明灯无法正常升空，风力大于4级以上请不要燃放，而且风大很容易导致倾斜引起灯体被烧；点火后，将进气口尽量压低，以减少热气流失，但也不可太低，以免氧气不足而熄火；因为孔明灯内加热需要一定时间，点火后拉直四周的控制线，等孔明灯内的热气温度足够之后，慢慢松开控制线以维持灯头稳定上升，而底部的控制线必须要控制灯体上升之速度与高度。
留言区·精选
@ 沐小小沐
将里面的火烛点燃之后，内部空气会因加热膨胀使部分空气输出，导致内部密度减小，根据Archimede原理，同体积的气体，内部密度小于空气密度，即，浮力大于重力，根据Newton第二定律，使孔明灯做向上的加速运动。从而孔明灯可以飞起来啦
@mingchao
孔明灯使用的是热气球原理，上面是气球，下面挂着一个加热的装置，古时候是油灯或者蜡烛之类，这样气球内的气体受热膨胀，气体密度减小，气压相应减小，这就使得气球能够上升。
@九度凌晨
若将空气看做理想气体，由理想气体状态方程与密度的定义式得ρ＝Mp/(RT),温度升高，密度减小，再由阿基米德原理，浮力大于重力就能飘起来了
@刘大哥哥
灯芯燃烧，使灯内温度升高，灯内空气密度减小，灯内温度升高，因为灯口朝下，有点像火箭反冲的效果，加上空气有一定的浮力，所以就飞起来了！