Schwebt Vakuum?

Wissenschaft Physik
#1

Meine Frage ist rein theoretisch und wahrscheinlich nicht praktisch durchführbar.

Annahme: Nehmen wir an, wir haben eine perfekte Kugel und ‚füllen‘ sie mit Vakuum.
Frage: Schwebt die Kugel?

Ich meine Vakuum müsste doch eine geringere Dichte als Luft haben. So wie Helium, welches ebenfalls eine geringere Dichte hat einen Luftballon schweben lässt, müsste doch auch Vakuum einen Ballon schweben lassen.
In diesem Fall müsste man davon ausgehen, dass die Kugel(der Ballon) aus einem stabilen, leichten Material ist.

Die nächste Frage, die sich dann stellt. Ist es denn möglich eine Kugel zu konstruieren, die mittels Vakuum schwebt?
Wie müsste diese Kugel beschaffen sein?
Wie schwer dürfte sie sein?

#2

hallo

ausschlaggebend dafür, ob etwas schwebt oder nicht ist die mittlere dichte des objekts sowie die mittlere dichte des mediums, in dem sich das objekt befindet.

eine kugel mit vakuum zu „füllen“ ist relativ einfach (kommt halt darauf an, was du als vakuum definierst: die atmosphäre von merkur ist z.b. dünner als das, was man auf der erde als technisch sinnvoll machbares vakuum bezeichnet).

ob die kugel danach schwebt, hängt vom gewicht der kugelwand ab. ist diese aus metall, so wird sie unwesentlich langsamer als ein stein fallen - metall ist viel schwerer als luft und damit die kugel nicht sofort implodiert, muss die wandstärke eine gewisse dicke aufweisen.

einen ballon füllt man ja desshalb mit einem leichten gas, damit der luftdruck den leeren ballon nicht zusammenquetscht. es ist halt die einfachste form, ein gewisses volumen zu erreichen, ohne mehr gewicht als luft zu erhalten.

vakuum an sich hat nicht die eigenschaft zu schweben! es hat halt nur sehr wenig gewicht (absolutes vakuum gibt es nicht!) und verringert damit die durchschnittliche dichte des behälters, in dem das vakuum herrscht.

lg
erwin

#3

Moin Stefan,

Annahme: Nehmen wir an, wir haben eine perfekte Kugel und
‚füllen‘ sie mit Vakuum.
Frage: Schwebt die Kugel?

tut sie. Wenn, ja wenn die Gesamtkugel leichter als die Luft ist, die sie verdrängt und hier sind wir beim Knackpunkt

Die nächste Frage, die sich dann stellt. Ist es denn möglich
eine Kugel zu konstruieren, die mittels Vakuum schwebt?
Wie müsste diese Kugel beschaffen sein?

Sehr leicht und trotzdem sehr stabil.
Rechne Dir mal spaßeshalber aus, wie groß die Druckkragt auf eine Kugel von 50 cm Durchmesser ist.

Wie schwer dürfte sie sein?

Leichter als die Luft, die sie verdrängt.

Gandalf

#4

Hallo,

Meine Frage ist rein theoretisch und wahrscheinlich nicht
praktisch durchführbar.

Annahme: Nehmen wir an, wir haben eine perfekte Kugel und
‚füllen‘ sie mit Vakuum.
Frage: Schwebt die Kugel?

Vakuum in einer Hülle ist die größtmögliche gedachte Gewichts-
minderung für den von Dir angedachten Zweck.

Die nächste Frage, die sich dann stellt. Ist es denn möglich
eine Kugel zu konstruieren, die mittels Vakuum schwebt?

Die „Kugel“ (oder der Behälter) müßte zBsp. bei einem Volumen von
ca 1m^3 weniger als 1 kg wiegen.
Dieser Behälter müßte einem allseitigen Druck von 1 at standhalten.
Also eine Stahlkugel mit zBsp. weniger als 1 Kg Gewicht und einem
Volumen von 1 m^3.
Das wäre eine Kugel von etwa 1,24m Durchmesser.
Oberfläche ca 4,84m^2.
Die zulässige Materialstärke der Hülle wäre dann nur ca 0,0026 cm !
und müßte eine Druckspannung von ca 11650 kp/cm^2 (116,5kN/cm^2)
aushalten.
Solche Druckspannungen können mit Spezialstählen schon aufgenommen
werden jedoch ist eine korrekte Herstellung einer solchen Hülle
(fast) unmöglich.Dies wäre aber Voraussetzung damit die Kugel nicht
„einbeult“.

Wie müsste diese Kugel beschaffen sein?
Wie schwer dürfte sie sein?

Siehe vor.

Gruß VIKTOR

#5

Hallo!

Die Frage wurde ja schon beantwortet.

Ich wollte nur darauf hinweisen, dass die „Auftriebskraft“ von Vakuum leicht überschätzt wird. Bei ansonsten gleichen Bedingungen beträgt die Dichte von Wasserstoff nur 1/15 der Dichte von Luft. Mit anderen Worten: Wasserstoff erreicht - wenn er unter atmosphärischem Druck steht - schon 14/15 = 93% des Auftriebs von Vakuum. Und dabei hat man keinerlei Stabilitätsprobeleme.

Michael

#6

Hallo,

Solche Druckspannungen können mit Spezialstählen schon
aufgenommen werden jedoch ist eine korrekte Herstellung einer solchen
Hülle (fast) unmöglich.Dies wäre aber Voraussetzung damit die Kugel
nicht „einbeult“.

man könnte sich aber doch eine Hülle mit Verstrebungen vorstellen. Und das ganze kleiner, da sich Hüllenvolumen und Kugelinhalt nicht im gleichen Verhältnis verändern.
Hatten wir imho schonmal hier im Brett diskutiert, aber ich bin zu faul, das im Archiv zu suchen.
Gruß
loderunner

#7

Hallo

Solche Druckspannungen können mit Spezialstählen schon
aufgenommen werden jedoch ist eine korrekte Herstellung einer solchen
Hülle (fast) unmöglich.Dies wäre aber Voraussetzung damit die Kugel
nicht „einbeult“.

man könnte sich aber doch eine Hülle mit Verstrebungen
vorstellen.

diese würden wahrscheinlich mehr wiegen als die Hülle.

Und das ganze kleiner, da sich Hüllenvolumen und
Kugelinhalt nicht im gleichen Verhältnis verändern.

Das ist richtig, aber dann eher größer da es ja auf ein möglichst
großes Volumen mit geringem Gewicht ankommt.
Die Wahrscheinlichkeit, daß eine solche Kugel „ausbeult“ wächst
aber dann auch im Quadrat.
Gruß VIKTOR

#8

Ich meine Vakuum müsste doch eine geringere Dichte als Luft
haben.

vakuum ist masselos und damit gewichtslos. oder umgedreht, alles massehaltige ist bereits auf die erde „gefallen“ - auch die luft.

aber vielleicht noch was zum verständnis.
das, was wir als schweben wahrnehmen ist identisch mit dem, was ein schiff im wasser macht - nämlich schwimmen. Ein heliumbalon schwimmt sozusagen in der luft und steigt wie eine luftblase im wasser - nur eben in der luft nach oben. es ist einfach leichter und wird nach oben geschoben von den teilchen, die schwerer sind.