Also ein Wetterballon mit Helium gefüllt erreicht bei
ca. 30km den Punkt, wo er platzt. Aus der Original-Grösse ist in diesem Moment der Ballon 10 Meter gross.
Kann mir jemand sagen, wie lange der Auftrieb anhält, wenn der Ballon nicht platzen würde. Das heisst, welche Höhe er errichen könnte? Und wie gross wäre er dann? (Unter der Voraussetzng er wäre soweit dehnbar).
Hallo,
Allgemein gesehen müßte ein Ballon nicht einmal platzen, wenn Gasfüllung ( Volumen ) , Epansionsvermögen ( bezogen auf die Hülle ) und Gesamtlast in einem entstprechendem Verhältnis zueinander stünden.
Dann würde der Ballon mehr oder weniger in einer gewissen max. Höhe treiben, ohne zu platzen.
mfg
nutzlos
„Nicht platzen würde“ scheint mir eine etwas vage Beschreibung der von Dir gewünschten Materialeigenschaften… mfG
Ja, so hatte ich mir das vorgestellt. Lässt sich denn ein solcher
Schwebe-Zustand berechnen? Kommt es auf die Menge von Helium an?
Wenn man zB. Wasser hinzuzieht, wird ein Ballon immer an der obersten
Fläche schwimmen, wenn der Inhalt genügend Luft enthält, der den Auftrieb bringt. Wäre es demzufolge auch möglich mit genügend Helium den Weltraum zu erreichen?
Hallo!
Wenn man zB. Wasser hinzuzieht, wird ein Ballon immer an der
obersten
Fläche schwimmen, wenn der Inhalt genügend Luft enthält, der
den Auftrieb bringt.
Die Gasfüllung sorgt für großes Volumen des Ballons. Mit großem Volumen wird der Ballon leichter als die verdrängte Menge des umgebenden Mediums. Daraus ergibt sich die Antwort auf Deine Frage:
Wäre es demzufolge auch möglich mit genügend Helium den Weltraum zu :erreichen?
Nein, weil der Ballon nicht mehr steigen kann, sobald das umgebende Medium „zu dünn“ wird. Bei einer Heliumfüllung kommt hinzu, dass mit abnehmendem Außendruck immer mehr Helium durch die Ballonhülle diffundiert.
Gruß
Wolfgang
Hallo,
Ja, so hatte ich mir das vorgestellt.
Lässt sich denn ein solcher Schwebe-Zustand berechnen?
prinzipiell ja.
Kommt es auf die Menge von Helium an?
Auch, aber auch auf die Gesamtmasse des Systems
(Ballon,Füllung) und die zu erreichende Ballongröße an.
Die Größe hängt aber wiederum von der Steifigkeit des
Material ab.
Bei sehr geringer Dichte (Dichte = Kraft pro Flächeneinheit)
wirken eben auch nur winzige Kräfte, welche den Hülle
aufblähen.
Wäre es demzufolge auch möglich mit
genügend Helium den Weltraum zu erreichen?
Es muss ja zwingend Auftrieb da sein, sonst geht nix.
Im freien Weltraum ist aber ein fast perfektes Hochvakuum.
Deshalb kann ein Ballon nur irgend wo in der oberen
Atmosphäre hängen bleiben.
Hängt also auch davon ab, wie man Weltraum definiert.
Bei gängigen Def. in 80…100km Höhe wäre es evtl. denkbar.
http://de.wikipedia.org/wiki/Universum
Gruß Uwi
Hallo,
Lässt sich denn ein solcher Schwebe-Zustand berechnen?
Praktisch hängt der von den Umgebungsbedingungen (im wesentlichen "Luft-"Druck/Temperatur) ab und genau die will man ja messen. Wüßte man sie vorher schon so genau, wäre die Messung unnötig.
Cu Rene
Hallo JoeWied,
Kann mir jemand sagen, wie lange der Auftrieb anhält, wenn der
Ballon nicht platzen würde. Das heisst, welche Höhe er
errichen könnte? Und wie gross wäre er dann? (Unter der
Voraussetzng er wäre soweit dehnbar).
Bei normalen Wetterballonen (also Ballonhülle aus Latex) ist in erster Näherung der Innendruck gleich dem Außendruck. Wenn wir das jetzt auch für die Temperatur im Innern des Ballons annehmen (was eine schon schlechter erfüllte Annahme ist), dann erzeugt eine feste Menge Helium immer den gleichen Auftrieb. Das erkennt man leicht, wenn man sich klar macht, dass eine bestimmte Anzahl an Heliummolekülen immer das gleiche Volumen einnehmen wie eine bestimmte Anzahl an Luftmolekülen (ideales Gasgesetz, hier gut erfüllt), aber eben einen konstanten Betrag weniger wiegen. Diese konstante Gewichtsdifferenz ist der konstante Auftrieb des Ballons.
Der konstante Auftrieb führt zu immer weiterem Steigen und damit zu immer weiterem Vergrößern des Ballons. Eine Endhöhe, in der der Ballon zur Ruhe kommen würde, gibt es nicht. Wegen der immer größeren Ballonhülle wird die auch immer dünner und praktisch macht das ab einem bestimmten Punkt kein Material mehr mit und reißt.
Wenn man das Theoretisieren bis ins Absurde treiben möchte und sich überlegt, was passieren würde, wenn es tatsächlich eine spannungsfreie nicht reißende Hülle gäbe, würde der „Ballon“ (also eigentlich eher ein Heliumtropfen mit gedachter Umhüllung, die nix tut außer die Durchmischung mit Luft zu verhindern) letztlich komplett seine Form verlieren und sich das enthaltene Helium unter Mitnahme und Verformung seiner theortischen Umhüllung als eine Schicht um die Erde legen. Diese Schicht würde sich am Außenrand der Atmosphäre in Höhen bilden, in der die Wechselwirkungen der Atmosphärenmoleküle mit dem Partikelstrom von der Sonne relevant werden und die Heliummoleküle einzeln ins Weltall entfleuchen. Wenn du so willst würde so ein „Ballon“ also tatsächlich das Weltall erreichen 
Im Übrigen ist das auch das, was tatsächlich die einzelnen Heliummüleküle schaffen, die aus einem in der Realität platztenden Ballon in die Atmosphäre gelangenden. Sie steigen einzeln weiter auf und entfleuchen letztendlich wirklich ins Weltall. Nur das sie nun auf sich allein gestellt sehr sehr sehr lange dafür brauchen, da sie durch die Luftmoleküle fürchterlich durcheinandergewirbelt werden und auf ihrem Weg nach oben durch atmosphärische Turbulenz immer wieder weit zurückgeworfen werden. Aber früher oder später schaffen sies!
Es gibt aber auch sogenannte „super pressurized“ Ballone. Dies sind Plastikballone mit einer nicht dehnbarer Hülle, die schon am Boden so groß ist, wie sich das enthaltene Helium später beim Aufstieg ausdehnt. Im Unterschied zu normalen Latex- oder auch normalen Plastikballonen ist die Hülle bei den „super pressurized“ Ballonen so fest, das sie nicht reißt, selbst wenn sie dann irgendwann von dem sich beim Aufstieg ausdehnendem Helium komplett ausgefüllt ist und beim sich weiteren Aufstieg ein zunehmender Überdruck im Innern das nicht dehnbaren Ballons aufbaut.
Ab dem Punkt, in dem das Helium den Ballon komplett ausfüllt, ist das Volumen dieser Ballone nahezu konstant und sie kommen dann in der Luftschicht zur Ruhe, die die gleiche Dichte hat, wie die nun konstante mittlere Dichte des Ballons (konstantes Ballonvolumen geteilt durch Gewicht des Ganzen). Dort driften sie dann in erster Näherung auf Flächen konstanter Dichte durch die Atmosphäre.
Beste Grüße,
Markus
Danke, sehr schöne Beschreibung owt
owt
Also ist das Verhalten beinahe wie das Gedankenmodell, wenn ein
Ballon im Wasser die Wasseroberfläche erreicht.
Mir ist schon klar, dass das Modell nicht sehr realistisch für eine
praktische Anwendung ist, da man viele Parameter (Temperatur etc.)
nicht optimal erreichen kann. Aber es zeigt, dass man gewisse ‚Arbeiten‘
mit relativ geringer Energie in die Stratosphäre bringen könnte. zB. Rakete, die erst dort oben zündet.
DANKE
Moin,
Aber es zeigt, dass man gewisse ‚Arbeiten‘ mit relativ geringer Energie in die Stratosphäre bringen könnte. zB. Rakete, die erst dort oben zündet.
Oha, da bräuchteste aber riiiiiiesige Ballons! Und jede Menge Helium!
Um die vorherige Vormulierung nachzuahmen:
„Der Ballon würde sich auf der Höhe einpendeln, bei dem die durchschnittliche Dichte der Konstruktion (Gesamtgewicht/Gesamtvolumen) der Dichte der Umgebung entspricht.“
Nun wiegt so ne Rakete (weiß ja nicht was dir vorschwebt) einige Tonnen, ein SpaceShuttle-Orbiter 109t, hab jetzt keine Lust zu rechnen wieviel Mol Helium gebraucht würden und das muss auch erstmal herdestilliert werden, aber sehr wahrscheinlich würde man das Ding nichtmal bauen können. (Die Hülle muss ja nicht nur den Druck nach außen, sondern auch den Zug nach unten ertragen)
Die Hindenburg konnte zB mit 200.000m³ Wasserstoff max 240t tragen, davon waren schon 118t ihr eigenes Gewicht. Wie hoch sie aufsteigen konnte hab ich auf die schnelle dem Wiki-Artikel nicht entnehmen können…
Gruß,
pg
Hallo JoeWied
Also ist das Verhalten beinahe wie das Gedankenmodell, wenn
ein
Ballon im Wasser die Wasseroberfläche erreicht.
Also genaugenommen steigt ein dehnbarer Ballon unter Wasser sogar mit immer weiter zunehmendem Auftrieb auf, statt mit konstantem, wie es in der Atmosphäre der Fall wäre. Der Grund ist, dass die Dichte des Wassers ziemlich konstant ist und nicht nach oben zu geringerem Druck hin geringer wird (da Wasser inkompressibel ist). Beim Aufsteigen unter Wasser dehnt sich das Gas im Ballon aus und das Volumen und das Gewicht des verdrängten Wassers wird größer und damit nimmt auch der Auftrieb zu. Unter Wasser steigt der Ballon also immer schneller auf (was jeder Taucher berücksichtigen muss, der Luft in seiner Weste hat und anfängt aufzusteigen - man muss dann Luft ablassen, um nicht an die Wasseroberfläche hoch zu schießen).
Mir ist schon klar, dass das Modell nicht sehr realistisch für
eine
praktische Anwendung ist, da man viele Parameter (Temperatur
etc.)
nicht optimal erreichen kann. Aber es zeigt, dass man gewisse
‚Arbeiten‘
mit relativ geringer Energie in die Stratosphäre bringen
könnte. zB. Rakete, die erst dort oben zündet.
Stimmt, nutzt einem aber meist nix. Die Energie, die man benötigt um einen Satelliten in einen Low Earth Orbit zu befördern, setzt sich zu ganz grob 90% aus der kinetischen Energie zusammen, die es braucht die Masse auf die Bahngeschwindigkeit des LEO zu beschleunigen und nur zu 10% aus der potenziellen Energie, die es braucht, ihn auf seine Bahnhöhe von sagen wir mal 350km über der Erde zu bringen. Wenn wir also eine Masse bis in 350km Höhe gebracht haben, liegen noch grob 90% der Arbeit vor uns, diese dann da oben noch auf die Bahngeschwindigkeit zu beschleunigen. Sonst fällt uns das Teil nämlich gleich wieder runter. Von diesen 10% sparst du 10%, wenn du die Rakete vorher mit einem Ballon auf 35km in die Stratosphäre gebracht hast. Macht eine Gesamteinsparung von 1%. Dumm gelaufen
Es gibt Konzepte, Raketen zunächst mit Flugzeugen auf 20km oder so hoch zu tragen und dann erst dort zu zünden. Das bringt mehr, weil die Flugzeuge dann ja auch schon einen ersten sehr kleinen Teil der Beschleunigung übernehmen und nicht nur das Hochtragen. Der Unterschied zu einer klassischen Rakete ist dann eigentlich im wesentlichen, dass die erste Stufe noch Luftsauerstoff verwendet, den aerodynamischen Auftrieb nutzt und wieder landen kann, was sie wiederverwendbar macht. Außerdem zwingt die Notwendigkeit die Atmosphäre schnell zu überwinden (um die Luftreibung schnell los zu werden), eine Rakete dazu, zunächst mal senkrecht aufzusteigen. Senkrechtes Aufsteigen ist aber bahndynamisches Teufelszeug, weil das zu immensem „Gravitationsverlust“ führt und daher höllisch ineffizient ist (ein Verlust, der immer auftritt, wenn ein Raketentriebwerk eine Schubkomponente parallel zum Schwerkraftvektor hat). Gerade einen Teil dieser ineffizienten Phase eines Raktenaufstiegs spart man sich durch das erste Anschieben mit einem Flugzeug, bei dessen Flug keine Gravitationsverluste auftreten.
Beste Grüße,
Markus
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Also die Cargolifter-Ballone konnten schon einiges tragen und
bewegen. Natürlich nicht in den Weltraum, aber dennoch einiges
an Tonnagen.