Õhupall

Õhupall on täispuhutav veniv kott, mis täidetakse gaasiga, näiteks heeliumi, hapniku või õhuga. Õhupallid võivad olla erikujulised.
Õhupalle valmistatakse mitmesugustest materjalidest, nagu kumm, lateks, nailon. Esimesed õhupallid tehti loomade kuivatatud põitest. Kummist õhupalli leiutas Michael Faraday aastal 1824.
Õhupalle kasutatakse nii kaunistustena kui ka praktilistel eesmärkidel meteoroloogias, meditsiinis ja transpordis.
Juba 18. sajandist alates kasutatakse kuumaõhupalle lennunduses.
Õhupallide täitmiseks kasutatakse põhiliselt pumpasid, mille hulgas võib olla nii käsipumpi kui elektrilisi pumpi. Väikeseid õhupalle saab ka suuga täis puhuda (õhku tuleb sisse hingata nina kaudu ja välja hingata suu kaudu).

Rõhk õhupallis

Kui õhupall puhutakse täis tavalist atmosfääriõhku, siis on rõhk õhupallis suurem kui väljaspool seda. Tehnilises mõttes on rõhk vastu pinda põrkavate osakeste arv. Õhupalli korral tuleb siis võrrelda seda, kui palju osakesi põrkub õhupalli sisepinna ja kui palju välispinna vastu. Seda aga on täpselt kindlaks teha praktiliselt võimatu. Sellepärast on õhu rõhku lihtsam kirjeldada selle tiheduse abil. Mida rohkem osakesi on ruumalaühikus koos, seda rohkem on nende hulgas selliseid, mis vastu selle piire põrkavad.
Iga osake, mis vastu seina põrkab, annab sellele pisikese hoobi ja niimoodi püüab seda kaugemale lükata. Õhupallis püüavad palli sees olevad osakesed palli selle keskkohast kaugemale ehk teisisõnu suuremaks lükata, aga väljaspool olevad osakesed vastassuunas lükata ehk kokku suruda. Kuna õhupalli siserõhk on suurem kui välisrõhk, siis tähendaks see palli paisumist. Paisudes palli ruumala suureneb. Selles olevad osakesed jaotuvad suurema ruumala peale ja rõhk väheneb, väheneb ka palli paisutav jõud. Kui pall oleks nii suur, et selle sise- ja välisrõhk on võrdsed, siis olukord stabiliseeruks.
Kuid niimoodi kirjeldatud olukord ei võta arvesse palli enese elastsust. Elastsus on keha omadus püüda taastada oma "õiget", esialgset kuju. Õhupalli esialgne kuju on see, kus ta on tühi. Kui õhupalli täis puhutakse, siis antakse talle sellega potentsiaalne energia. Õhupalli materjal püüab kogu aeg kokku tõmbuda ja see lisandub välisõhu survele. Seetõttu ei tasakaalustu õhupall mitte sellises suuruses, kus tema sise- ja välisrõhk võrduvad, vaid sellises suuruses, kus siserõhk tasakaalustab välisrõhu koos sellele lisanduva palli elastsusjõuga ehk teisisõnu on õhupalli sees rõhk kogu aeg suurem kui väljaspool.
Teistsugune olukord on siis, kui õhupalli ei täideta õhu, vaid mingi õhust kergema gaasi, näiteks vesiniku või heeliumiga. Nende gaaside tihedus on märksa väiksem õhu tihedusest, väiksem isegi siis, kui see gaas on paariatmosfäärise surve all. Vastavalt Archimedese seadusele mõjub kõikidele vedelikes ja gaasides olevatele kehadele, sealhulgas õhupallile, üleslükkejõud, mille suurus võrdub õhupalli poolt välja tõrjutud õhuhulga kaaluga. Teisalt mõjub kõigile kehadele, sealhulgas õhupallile, gravitatsioonijõud, mis on harilikult üleslükkejõuga vähemalt võrdne, kui mitte suurem, ja on suunatud vastupidises suunas, allapoole. Vesiniku või heeliumiga täidetud õhupall on erandlik juhtum, kus üleslükkejõud ületab gravitatsioonijõu ja sellepärast püüab selline õhupall kerkida. Kui õhupall ei ole kinni seotud, siis võib ta tõusta kilomeetrite kõrgusele, nii kõrgele, kus õhurõhk on muutunud nii väikeseks, et seetõttu on üleslükkejõud kahanenud gravitatsioonijõuga võrdseks.
Õhust kergema gaasiga täidetud õhupall ei jää siiski igaveseks kilomeetrite kõrgusele hõljuma. Kui õhupall on täidetud kuuma õhuga, tuleb oodata seni, kuni õhk jahtub. Kuid ka heeliumi ja vesinikuga täidetud õhupallid tühjenevad ajapikku, sest nende ainete aatomid on väga väikesed ja aegamööda hajuvad nad õhupalli materjalis, näiteks lateksis olevate tibatillukeste pooride kaudu. Tänapäeval kasutatavad õhupallid suudavad heeliumi enda sees hoida ainult päevajagu. Seevastu suruõhuga täidetud õhupallid suudavad gaasi säilitada hoopis kauem, isegi nädal aega.
Mida suurem rõhk pumbatakse heeliumi või vesinikuga täidetud õhupalli, seda suurem on gaasi mass õhupallis ja seda väiksem üleslükkejõud. Seetõttu mingist piirist alates muutub suurema rõhu andmine õhupalli kahjulikuks, sest ei suurenda, vaid hoopis vähendab üleslükkejõudu. Üleslükkejõud oleks kõige suurem siis, kui palli sees oleks täielik vaakum. Kuid ka see ei ole võimalik, sest õhupall on elastne ja välisrõhk suruks selle kohe kokku. Õhust kergemat gaasi tuleb palli sisse pumbata nii palju, et see tasakaalustaks välisrõhu (1 atmosfäär) ja veel lisaks nii palju, et tasakaalustada õhupalli elastsus. Erinevalt kilekotist ei tee õhupall pauku mitte järsu õhurõhu vabanemise pärast, vaid sellepärast, et lateks tõmbub ülehelikiirusel kokku.