Warum wäre ein "Luftballon" gefüllt mit einem Vakuum - nicht leichter bzw. hätte mehr Auftrieb als ein mit z.B. Heliumgas gefüllter Luftballon?
Also rein hypothetisch, wenn es einen Vakuum-Luftballon gäbe, warum hätte derselbe, obwohl er komplett Materie-leer wäre - weniger Auftrieb als ein mit Helium gefüllter Ballon ?
Ich ging immer von dem Prinzip aus was am wenigsten wiegt, hat am meisten Auftrieb...
Also müßte ein luftleerer - Raum - also Vakuum am meisten Auftrieb haben, soweit dessen Hülle weniger wiegt als ein gefüllter Hellium-Ballon...
Oder ist es vielleicht doch so, dass absolut Luftleerer Raum - also Vakuum - mehr "Gewicht" hat als so manches Gas ???
8 Antworten
Deine These stimmt nicht. Wenn es einen hypothetischen Luftballon gäbe, der die selbe Form beibehalten könnte, sowohl mit Helium als auch mit Vakuum im Inneren, dann erfährt der Luftballon mit Vakuum eine stärkere Kraft entgegen der Schwerkraft.
Jetzt ein paar Details: Der Auftrieb ist in beiden Fällen gleich. Auftrieb ist nämlich einfach die Gewichtskraft von dem verdrängten Fluid, in dem sich ein Körper befindet. In diesem Fall (in der Atmosphäre der Erde) eben die Luft:
dies hängt einzig und alleine von dem Volumen des Ballons ab. Wenn wir also in beiden Fällen von einem gleich großen Ballon ausgehen ist der Auftrieb gleich. Die Gesamte Kraft auf den Ballon, welches also für die Beschleunigung "nach oben" verantwortlich ist, setzt sich allerdings zusammen aus:
wobei F_G die Schwerkraft ist, die auf den Ballon wirkt. Bei Helium ist diese Schwerkraft größer als in einem Vakuum, weil ein Vakuum keine Schwerkraft erfährt. In beiden Fällen kommt noch der Ballon selber, ohne Füllung dazu, welches aber in beiden Fällen dann gleich ist. Demnach wird die Kraft "nach oben" insgesamt bei dem hypothetischen Ballon mit einem Vakuum im Inneren größer sein.
Der Auftrieb des Ballons ist die Gewichtskraft des verdrängten Volumens, F_A = rho_Luft * g * V. Die Auftriebskraft hängt also lediglich vom Volumen des Ballons ab, welches er aufgrund der Druckdifferenz inner- und außerhalb annimmt. Was sich jedoch verändert ist die Gewichtskraft F_G des Ballons inkl. Inhalt. Der Ballon schwebt oder steigt, wenn F_A >= F_G
Eine Ballonhülle hält dem Luftdruck nicht stand.
Für eine feste Hülle gibt es keine geeigneten Materialien und Supermaterialien sind keine Hypothese, sondern Fantasie.
Weil er durch seine vollkommene Zusammengezogenheit keine so große Stirnfläche bieten würden. Ein vakuum"gefüllter" Ballon wäre ja eben grade nicht ballonförmig. So wie einer wo was drin ist (Luft, Helium..). Du vergleichst also eigentlich nur die Ballonmasse (Plastik) mit einer Ballon-Gas-Masse (im Schnitt leichter).
Also eigentlich kein Ballon im elastischen Sinne sondern ein extrem dem Außenluftdruck stand haltendes Festmaterial, das ballonförmig ist aber trotz seiner Stabilität leicht.. Glaube das müsste hypothetisch gehen (aber es bleibt eben dabei - einer Hypothese).
Ja es müßte ungefähr die Eigenschaften von Aerographit haben aber eben dicht und stark bleiben.
Oder sowas:
https://www.innovations-report.de/fachgebiete/materialwissenschaften/bericht-12785/
Auch als "Aerogel" bezeichnete Materialien.
Oder ultraflaches Titan...
Also... Auftribeskraft ist einzig und allein vom Volumen des Körpers und der dichte des umgebenden Mediums abhängig. Eine Bowling Kugel erfährt exakt den gleichen Auftrieb, wie ein Ballon der genau die gleiche Form wie die Bowling Kugel hat, aber bspw. Mit Helium gefüllt ist. Ein Helium Ballon fliegt nach oben, weil die Auftribeskraft die auf den Ballon wirkt größer ist als die Gewichtskraft. Die echte bowlingkugel ist natürlich um ein vielfaches schwerer als der mit helium gefüllte Ballon, auf sie wirkt also eine deutlich größere Gewichtskraft, die Auftribeskraft ist aber die selbe. Also angenommen zwie Ballons aus gleichem Material mit gleicher Größe (gleich groß "aufgeblasen", geht bei Vakuum natürlich nicht aber für den Gedanken mal angenommen) von denen einer mit Helium gefüllt ist und in dem anderen ein Vakuum herrscht, erfahren in der Atmosphäre exakt die gleiche Auftribeskraft, die Gewichtskraft des Helium gefüllten Ballons ist jedoch größer, da Helium mehr wiegt als nichts (Vakuum). Die resultierende Kraft nach oben ist beim Vakuum gefüllten Ballon also größer als die beim heliumballon.
Richtig Deine Feststellung - aber ich gehe von einem hypothetischen "Ballon" aus, welcher die gleiche Räumliche Ausdehnung hat wie der aufgeblasene Heliumballon.
Der "Vakuum-Ballon" ist also mit einem nicht implodierenden Material umspannt, welches so stark wie Stahl, aber so leicht wie ein Gummi-Luftballon ist.