Quante volte abbiamo visto una mongolfiera librarsi nel cielo? Gli occhi dei bambini la osservano stupiti e sognanti, mentre gli adulti tornano un po’ bimbi. Ma vi siete mai chiesti come fa una mongolfiera a volare in alto e a dare quella sensazione di leggerezza? La risposta è semplice. Tutto si spiega con la fisica.

Un gioco di temperatura

La materia varia il suo volume al variare della temperatura. Di solito, un aumento della temperatura comporta un aumento del volume della materia stessa. È la dilatazione termica, che si verifica nei solidi, nei liquidi e negli aeriformi. Con l’aumento della temperatura, aumenta l’agitazione delle particelle che costituiscono la materia e che tendono a distanziarsi di più fra loro con la conseguenza di far aumentare il volume. Quando, al contrario, la temperatura si abbassa, l’agitazione delle particelle diminuisce e il volume si riduce: è il fenomeno della contrazione termica. Facciamo qualche esempio, tenendo in considerazione solidi, liquidi e aeriformi.  Per quanto riguarda i solidi, le particelle sono trattenute nella loro posizione ma possono vibrare. Quando il solido viene riscaldato, aumentano le vibrazioni e le particelle occupano più spazio. L’entità della dilatazione dipende ovviamente dalla tipologia della sostanza. Senza scendere nel dettaglio, particolare attenzione bisogna prestare alla dilatazione. Infatti, chi progetta edifici o linee ferroviarie, per esempio, deve calcolare la massima dilatazione e la massima contrazione termica a seconda delle temperature di utilizzo, in modo da permettere al materiale di contrarsi o dilatarsi senza causare deformazioni pericolose. Nei liquidi le molecole sono più libere di muoversi. Basta citare come esempio il fenomeno del termometro a mercurio, che si basava su questo principio. E gli aeriformi? Gli aeriformi – e dunque anche la nostra mongolfiera – aumentano moltissimo il loro volume all’aumento della temperatura, poiché le particelle che li costituiscono sono molto più libere di muoversi. Non solo. Il peso di uno stesso volume di un corpo diminuisce con l’aumento della temperatura. Il fenomeno si vede bene sia nei liquidi sia appunto negli aeriformi. All’aumentare della temperatura, il peso della mongolfiera quindi diminuisce. Più chiaramente, se la mongolfiera viene riempita di aria calda, questa si solleva perché l’aria presente al suo interno, riscaldandosi, diventa in modo progressivo meno densa dell’aria più fredda che la circonda. E quindi si innalza nel cielo.

Redazione