Auftrieb Körper unter Wasser

Wissenschaft Physik
#1

Hi! Weiß jemand wie sich ein Körper unter Wasser verhält wenn…

Z. B. Eine hohlraumkugel von 10kg 10meter unter was ist. Mit den Maß 1m3.

Hydroststischer Druck = F=m x g

10m Tiefe = 1bar umgebungsdruck + 1bar athmodruck + Hydroststischer Druck.

Die Rechnung ist nicht so trivial. Mich Interessiert, wenn die Gewichtskraft des Körpers gleich des gesamttiefendrucks ist. Wie verhalten sich Druck und Volumen.

  1. Also steigt die Kugel, wenn die Gewichtskräfte von Wasser und Körper gleich sind, und ich einen etwas größeren Druck in der Kugel habe als der Wasserdruck. 1.1 oder brauch ich ein größeres Volumen und oder druck da sich die Gewichtskraft des Körpers und Wassers addieren 2. Dehnt die Luft im Körper sich an der Oberfläche dann um 1bar aus, oder bleibt der gleich weil der außendruck auf die Stahlkugel innerhalb keinen Einfluss hat.

Volumen der Kugel > verdrängte wasservolumen= Auftrieb.
3. Ist das verdrängte Volumen dann die Wassersäule von 10m3 oder nur 1m3
Masse der Kugel < Gewichtskraft des Wasser
10kg < 10000kg
Vol(K) verdrängt 1000kg Wasser oder 10000kg

  1. Hätte der Körper je nach 3. 900(0)kg
    Stahl (8k kg = 1m3.) Würde die Kugel sinken, da verdrängte Volumen < 1000 kg. Oder weil <10000kg. Wie groß müsste der Druck sein damit die Kugel steigt. Brauch ich bei he 7 mal weniger Druck?

Vorab, vielen Dank für eure Hilfe. Wenn ich mich schlecht ausgedrückt habe, versuch ich mich gerne nochmal eines besseren. :slight_smile:

#2

Was willst du genau wissen?

Ob ein Körper im Wasser steigt oder sinkt, hängt von der Dichte ab.

#3

Mmh, ich runde es mal ab.
Wie klein kann eine Stahlhohlraumkugel von 1000kg sein, damit sie selbständig ohne zu Platzen an die Oberfläche wieder auftaucht.

#4

Falls es das rechnen erleichtert können wir auch 1m3 Stahl = ~8000kg als Bezugsgröße holen

#5

Sorry, ist spät/früh. In 100m tiefe*

#6

Haben wir nun einen Ballon zu betrachten oder eine Kugel deren Volumen sich nicht ändert?
Ob das Objekt im Wasser steigt oder sinkt hängt nur vom Volumen des verdrängten Wassers ab. Genauer: von dessen Gewicht im Verhältnis zum Gewicht des Körpers.
Der Druck spielt keine Rolle weil er von allen Seiten gleich einwirkt.

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#7

Gut,
das ist nahezu einzig ein Festigkeitsproblem. Der Innendruck und die Wanddicke sind die Variablen.

Ein Lösungsansatz wäre, da eine Stahlkugel ein Körper mit weit höherer Belastung von außen zurechtkommt als bei Überdruck im Inneren, zunächst mit athmosphärischen Druck zu rechnen.

Dann musst du jemanden finden, der die Mindestwanddicke für eine 1m³ umfassende Stahlkugel berechnet, die bei 10m Wassertiefe nicht implodiert.

Stahlsorte, Wassertemperatur und Salzgehalt müsstest du so jemandem noch nennen.

Ich befürchte aber, dass dieser jemand hier bei w-w-w niemand sein wird.

Nachtrag:
Die Vorgabe, dass die Kugel 1000kg Masse haben soll, habe ich übersehen.
Bei 1000kg Masse muss sie mindestens 1m³ Volumen haben, damit die Luft nichts zum Auftrieb beiträgt, evakuiere ich den Innenraum. Somit sind 127,38 Liter Stahl zulässig. Der äußere Radius ist der Radius einer 1 m³ Kugel, 6,204 dm

Ich komme auf eine Wanddicke von 0,27541 dm
Jetz muss noch jemand ausrechnen, ob es einen Stahl gibt, der bei einer Dichte von 7850 kg/m³ so fest ist, dass man damit eine ideale Kugel mit einem Außendurchmesser von 1,2408 m bei einer Wanddicke von 27,541mm bauen kann, die 11 „bar“ Druck aushält.

Du willst die Innendrücke variieren? Viel Spaß, kubische Gleichung mit zwei Unbekannten…
Da das Innenvolumen aber kleiner 1000 Liter sein muss, reden wir über nur 1 kg pro „bar“ Innendruck, den man weniger für den Stahl übrig hat.

#8

Noch einfacher als gedacht:

Suche nach Druckbehältern, die bei 1000 Litern Speichervolumen und 10 „bar“ Überdruck höchstens 1000kg wiegen…
So ein Kessel wird Unterwasser ganz sicher nicht zerdrückt (da Innendruck gleich Außendruck) und wird Überwassern ganz sicher nicht bersten, da er nur mit dem Nenndruck befüllt wird.
Und siehe da, selbst zylindrische Druckkessel mit 1000l und 10 bar haben nur eine Masse von beispielsweise 249 kg, mit 10 bar Luft also gerade einmal ca. 260 kg.

#9

Hi!

Ich finde die Fragestellung konfus, da nicht ganz klar ist, was die eigentliche Frage ist.

Gehen wir von 1000kg Stahl aus. Man kann den Stahl zu einer Hohlkugel mit einem Volumen von 1000l formen, und darin ein Vakuum erzeugen. Diese Kugel schwebt im Wasser, und hat einen Radius von 0,62m. 1000kg Stahl, das sind 0,1274m³. Eine Kugelschale mit dem Volumen und dem Außenradius hat einen Innenradius von 0,59m, die Wanddicke liegt also bei 3cm.
Wenn man das Volumen um ne Winzigkeit erhöht und das Gewicht gleich lässt, dann steigt die Kugel auf.

Angenommen, im Inneren der Kugel wäre kein Vakuum, sondern Luft mit dem Druck an der Meeresobefläche. Bei einer Dichte von 1,2kg/m³ und einem Volumen von knapp 0,9m³ wiegt die Luft also auch etwa 1kg. Die Kugel muß nun etwas größer sein, um dieses zusätzliche Kilo zu tragen. Bei genauer Betrachtung bedeutet das natürlich, daß das Innenvolumen der Kugel etwa 1l größer ausfallen wird, und die Luft würde dann eben 1g mehr wiegen. Das kann man gerne genau berechnen.

Natürlich kann man auch einen höheren Luftdruck in der Kugel haben. Bei 2Bar wiegt die Luft eben ca. 2kg.

Wenn man wissen will, ob die Kugel die Belastung überhaupt aushält, ist das nochmal ein ganz eigenes Thema.

#10

Ich hatte im Prinzip die gleichen Gedanken wie @sweber und eine ähnliche Rechnung durchgeführt. Da wir ja wie gesagt etwas mehr Volumen als 1 m³ brauchen habe ich etwas mit den Zahlen rumgespielt:
Bei einem Kugelvolumen von 1,03 m³ hätte die Hohlkugel eine Wandstärke von ziemlich genau 27mm.

Wenn man sich dann hilfsweise mal den maximal zulässigen Innendruck anschaut (https://www.schweizer-fn.de/rohr/festigkeit/festigkeit.php) stellt man fest dass diese Hohlkugel einen inneren Überdruck von über 200 bar aushält. Wir reden bei der ursprünglichen Problemstellung zwar von Außendruck, aber angesichts dieses maximal zulässigen Innendrucks kann man getrost davon ausgehen, dass ein Außendruck von 11 bar bei einem Innendruck von 1 bar vollkommen unkritisch ist.

Das deckt sich ja im Kern auch mit der Aussage von @X_Strom

Gruß
Daniel

#11

vielen Dank für eure Inhalte. :slight_smile:
Kerngedanke ist die Überlegung durch die Wechselwirkung von Schwerkraft und Auftrieb Strom zu erzeugen.
Dieser wäre unabhängig von Wind und Sonne, würde keine seltenen Erden verbrauchen und keine Tiere schreddern. 24/7, Fall Dauer je nach Widerstand von G ~45s. Sind ~60 Kugeln die Stunde. Stahlkugel wäre Ideal, wenn sie schon 10t + haben könnte. Und die Größe der Kugel unter 3m3 bliebe. Wenn davon mehrere nebeneinander wären ist das ein automatisiertes Kraftwerke mit ziemlich viel Power.
Der Energieaufwand für die beiden Schleusen wäre relativ gering.

Option 1. Masse fällt am Generator einen Schacht runter, Kugel wird unten ausgeschleust und der Auftrieb bringt die Kugel zurück. Oben wird die/eine Kugel wieder eingeschleust.

Option 2. Wasser als Masse in einem Kanister oder „Tuch“. Wird unten ausgeschleust. Öffnet sich im Meer und Steigt mit einer Lufttasche wieder an die Oberfläche

#12

Klappt nur leider nicht.
Es kann kein Perpetuum Mobile geben.

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#13

Hi!

Du baust dir grade ein Perpetuum mobile.

Denn du vergisst, welche Energie es kostet, das Gewicht unten ins Wasser zu drücken.

Falls du die Gewichte seitlich in eine Luftschleuse schiebst, die Schleuse dann flutest und eine Luke nach oben öffnest funktioniert das zunächst. Und dann schließt du die Luke, und musst das Wasser abpumpen, und zwar ins Meer. Wegen dem Druck kostet das viel Energie, mindestens so viel, wie das Gewicht vorher gebracht hat.

Falls du jetzt das Pumpen verhinderst, indem du das Gewicht durch eine perfekte Dichtung direkt ins Wasser drückst, wird auch das nix. Du brauchst viel Kraft, um es gegen den Wasserdruck zu drücken. Am Ende genau so viel, wie das Gewicht gebracht hat…

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#14

Ist es denn ein pp, wenn ich keine Energie brauche das Gewicht nach oben zu bekommen? Die Schleuse oben braucht nicht viel Energie. Unten hab ich mir das so vorgestellt. Die Kugel rollt über eine Schräge in die Schleuse, Tür 2 öffnet und die Kugel rollt in eine Kugel, die Kugel sitzt auf einem gr Kugellager, in der Kugel ist n Kompressor, zuluft durch den Schacht. Entweder dreht ein kleiner Motor die Kugel dreht, oder man nutzt ein Hebel mit nem Gegengewicht und durch das Fangen der Strömung entsteht ein kippmoment, k dreht um 90grad, öffnet, Kugel wird nach oben gedrückt, zeitgleich öffnen der komressor, und verdrängt durch einen Ballon das Wasser, Kugel schließt, fährt in pos 1. Die nächste Kugel drängt die Luft wieder in die Kompressionskammer, so dass der Kompressor weniger Arbeit zu leisten hat.

Pkin von 10t auf 100-250m > als Verdrängung von 3 m3 Wasser in entsprechender Tiefe.

#15

Hallo!

Ich bin ja gerne bereit, darüber zu diskutieren, warum das ein Perpetuum Mobile ist, und warum deine Überlegungen daran nichts ändern.

Allerdings solltest du deine Texte auch so verfassen, daß sie jeder Außenstehende versteht. Wie rollte eine Kugel in eine Kugel auf einem Kugellager, und warum sollte die Kugel gedreht werden? Was ist pos 1, und überhaupt, sind wir es nicht wert, die Wörter auszuschreiben?

Im Grunde steigt die Kugel völlig kostenlos an die Oberfläche, und du gewinnst Energie, wenn du sie durch den Schacht wieder runter lässt. Wie gesagt, auf die ein oder andere Weise mußt du genau diese Energie wieder investieren, um die Kugel unten in die Schleuse zu bekommen, freizusetzen, und danach vor allem die Schleuse auch wieder bereit für die nächste Kugel zu machen.

Mir ist völlig unverständlich, was du dir da jetzt genau überlegt hast, daher kann ich da nicht weiter helfen.

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#16

Entschuldige dass es nicht verständlich war. Ich hab ein Bild im Kopf daher dachte ich es sei verständlich :v:
Ich hab Perpetuum Mobilie nicht ausgeschrieben, wollte euch die Zeit sparen.

Die Kugel rollt über eine Schräge in die Schleuse. Die besteht aus 2 Teilen. Zur Sicherheit Tor, Raum, Tor, große Kugel.
Die große Kugel hat die Aufgabe einen Wasserdichten Übergang zu schaffen. Sie dreht sich um ~90-110 Grad um die Massekugel an der richtigen Position aus zu stoßen. Position 1 ist zum Zeitpunkt der Aufnahme. Position 2 der Ausstoß.
Daher brauch ich nur Energie für die Schleuse Kugel zu drehen. Die ich durch einen Kippimpuls reduzieren kann.
Nach meiner Überlegung ist das Aufwändige
das Verdrängen des Wassers aus der leeren Schleusen Kugel. In 100m Tiefe muss ich also ein Balkon mit +11bar Luftdruck schaffen für 2000-3000liter. Und das wäre deutlich weniger Energie als ein Generator mit 10t Masse auf 100m Umwandelt. Zumal der Druck des Ballons, wenn die Massekugel einrollt wieder ein Stückweit komprimiert wird.

#17

Wie kommt sie die Schräge rauf?

Mit welcher Energie?

Ein Kugellager hat Reibung. Die Kugel geht nicht von alleine auf und zu.

Der mit welcher Energie betrieben wird?

Der mit welcher Energie betrieben wird?

Warum benutzt du nicht gleich die Strömung, statt einen derartigen Unsinn drumrum zu bauen, der exakt gar nichts an der Energiebilanz verbessert, sondern zusätzlich Energie kostet?

Vielleicht solltest du doch mal darüber nachdenken, was ein Kompressor ist. Und wie viel Energie man zum Betrieb braucht.

Wie du das Wasser genau verdrängst ist humpe. Die Verdrängung kostet Energie. Und zwar die gleiche, die du durch den Auftrieb später zurück gewinnst. Abzüglich der Verluste, weil der Ballon gedehnt werden muss, in die Kammer rein und raus befördert werden muss, und mehr Wasser verdrängt wird als die Kugel groß ist. Die Ewnergie für Öffnen und Schließen der Tür kommt auch noch als Verlust oben drauf.

Tut sie nicht. Dazu braucht sie nämlich Energie, woher soll die denn kommen?

Übrigens hast du noch nicht erzählt, wie du die angeblich gewonnene Energie wo genau aus dem System raus holen willst. Welche der Kugeln erzeugt Strom? Und womit wird die Steuerung der ganzen Klapperatur betrieben?

Sorry, das ist leider alles kompletter Unsinn. Und das ist dir deshalb nicht klar, weil du nirgendwo mal irgendwas berechnet hast. Und eine völlig falsche (oder gar keine) Vorstellung von allen physikalischen Gesetzen hast. Und dir noch nie klar gemacht hast, dass sich nirgendwo auf der Welt irgendwas von selber bewegt.

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#18

Also, nur weil du das Konzept nicht verstanden hast, musst du nicht unsachlich werden.

  1. Die Kugel fällt am Generator. Erzeugt Strom. - pkin = gewonnene Energie. Landet auf Schräge, klingt sich aus, rollt in Schleuse.

  2. Der Strom für die Unterverteilung kommt von pkin.

3.eine Kugel die auf einem Kugellager sich dreht braucht nicht allsoviel Energie.

4.Energie Motor pkin.

5.weil die Strömung nicht überall gleich Stark ist soll dies über einen Hebel mit Gewichten einer Wippe gleich kommen. Der Kippimpuls kann z. B. durch das auffangen der Strömung erzeugt werden und würde den Motor sparen. Trd braucht man einen Motor um die Strömungsegel aufzurichten oder runter zu fahren. Es ist kein Unsinn. Nur eine Überlegung den nötigen Verbrauch zu reduzieren.

  1. Um zu wissen wie viel Energie ein Kompressor brauch muss ich wissen wie klein die Kugel sein kann. Darum der Thread.

  2. Durch den Auftrieb Gewinn ich 0 Energie.
    Der Ballon ist in der Kammer. Der wird aufgepumpt. Der muss da nicht rein und raus. Wieso muss er mehr Wasser verdrängen als das vol der Kugel?
    Das Öffnen und schließen der Türen braucht nicht viel Energie.

  3. Durch Eigengewicht und Schwerkraft.

  4. Doch. Hab ich par mal erzählt. Durch das fallen der 10000kg über 100m.

Wie gesagt, der Gedanke ist Schwerkraft und Auftrieb gegeneinander auszuspielen. Daher kommt die Energie. Vlt bist du ja einfach unter diesem Thread falsch…

#19

hi,

Wäre doch keins.

Pumpt man aber Wasser in den ‚Auftriebsturm‘ hat man ein Pumpspeicherkraftwerk (mit extrem geringer Kapazität) nimmt man einen Gewässer, hat man ein ineffizientes und sinnlos kompliziertes Wasserkraftwerk.

ist eine Umsetzung des Wasserrades, nur wurde das Rad weggelassen.

und dann? Wenn die Metallkugel raus ist, ist deine Schleusenkugel voll Wasser.
Das muss da unten wieder raus und oben wieder rein.
Das ist exakt die Menge und die Strecke die deine Arbeitskugel geliefert hat. Vorausgesetzt, da ist nirgendwo auch nur 1 Millimeter Platz und es tropft nichts. Sonst muss sogar etwas mehr Wasser nach oben.
Das mit Luftdruck zu umgehen klappt nicht, das Gewicht bleibt exakt gleich.

das stimmt, die kinetische Energie ist in dem Moment schon vorhanden.
Du unterschätzt nur irgendwie den Energieaufwand des Kompressors.
Eliminiere mal den Kompressor und stell dir was rein mechanisches vor und welches Gewicht du brauchen würdest, um dein Luftpolster da hin zu drücken, wo du es brauchst.
Dann erkennst du auch, dass es exakt gleich ist.

Eventuell vergisst du auch nur, dass dein Auftriebsbecken mit Entnahme der Kugel ja leerer wird (da die Kugel fehlt). Das ist die Masse, die du entnimmst und die nicht ohne Energie zurück nach oben kommt.

Deine Gedanke gleicht etwa diesem:
image
Nur mit Stahl, und Schleusen und und und…

grüße
lipi

#20

https://www.remeza-gmbh.de/luftkompressor-stationaer/kompressor-7-5-kw-15bar-500l-kessel-1000-l-min-mod-sb-f-500-abe75-15-560.html?gclid=Cj0KCQiAgomBBhDXARIsAFNyUqOKC8mvt9pDhgkD_0Kv6qhLK3syI4NXNq56jNwpj10CUx6ebi3puzMaAmS3EALw_wcB

Nehmen wir mal den Kompressor. Der leistet 7,5kw in der Stunde. 1000l die Minute. Das heißt ich könnte alle 3minuten einmal Schleusen. Bei 3m3 Volumen. Das sind 20 Kugeln in der Stunde. Der Kompressor muss über 11 Bar aufbieten in 100m tiefe.

Die 7,5kw ist doch nur ein Bruchteil der Leistung die ich insgesamt einnehmen würde…
Oder wo ist mein denk Fehler.