Wir haben heute mittag diskutiert wie sich ein mit Helium gefüllter ballon verhält, wenn er sich in einem Auto befindet, das beschleunigt. Bewegt er sich, wenn ja wohin, nach vorn oder nach hinten,oder.... Mein Kollege meinte es hänge mit dem Luftdruck zusammen, ich denke wenn dann hängt es mit der Trägheit der Masse, bzw der Bewegung der Moleküle zusammen. Wer weiss es ? und bringt Licht ins Dunkel??
Antworten (6)
-
1Hilfreichste Antwort ausgezeichnet vom FragestellerAntwort von
PeterJohannPeterJohann
Der Ballon ist leichter als die Umgebungsluft also geht er beim Beschleunigen nach vorne und beim Bremsen nach hinten.
Begründung: Über Trägheitskraft und Auftrieb ; i.e., Verknüpfung vom Archimedischen Prinzip mit dem 3. Newtonschen Gesetz:
Beim Auftrieb errechnet sich die Auftriebskraft, FA, als
FA = ρ * V * g ; ρ & V = Dichte & V des verdrängten Mediums
In einem beschleunigten Raum wird g durch a ersetzt (Beschleunigung oder Bremsbeschleunigung) und die wirkende „Auftriebskraft“ ist
FA = FBallon = ρLuft * V * a
Dem wirkt die Gewichtskraft entgegen:
FG = m * g = ρBallon *V * g
Im beschleunigten Raum wäre das Equivalent zur Gewichtskraft die Trägheitskraft
FG = FLuft = ρBallon * V * a
FG ist FA entgegengerichtetalso also ist die Gesamtkraft am Ballon beim normalen Auftrieb:
F = FG - FA ; Wenn FG = FA ist, ist F=0 -> der Ballon schwebt
Wenn FG kleiner ist als FA ist F negativ -> die resultierende Kraft wirkt entgegen dem Gewichtskraftvektor und der Ballon steigt.
Übertragen auf den beschleunigten Raum :
F = FLuft - FBallon nach einsetzen der Einzelgleichungen:
F = (ρBallon - ρLuft) * V * a
Solange die Dichte des Ballons kleiner ist als die Dichte der umgebenden Luft ist die Klammer negativ und die resultierende Kraft ebenfalls. D.h. die resultierende Kraft auf den Ballon ist gegenläufig zum Vektor der Trägheitskraft und der Ballon bewegt sich nach vorne.
-
3
Ich gehe mal davon aus, dass der Ballon so ausbalanciert ist (Auftriebskraft = Gewichtskraft), dass er nicht an der Decke oder des Bodens des Autos "klebt", sondern sich im Luftraum frei bewegen kann.
Bei einer Beschleunigung des Autos (= Änderung der Geschwindigkeit) wirkt - wie auf die Insassen in den Sitzen - eine Kraft, und zwar (Einheiten in rechteckigen Klammern [..]):
F[N] = m [kg] x a [m/s²], mit F = Kraft, m = Masse, a = Beschleunigung ( Geschwindigkeitsänderung pro Zeit bzw. "dv /dt")
Wenn das Auto die Geschwindigkeit erhöht schwebt der Ballon in Richtung Heckscheibe (die Insassen werden in die Sitze "gepresst")
Wenn das Auto die Geschwindigkeit verringert schwebt der Ballon in Richtung Frontscheibe (die Insassen werden in die Sicherheitsgurte "gepresst")
Bezüglich der Diskussion mit Deinem Freund hast du recht: Ursache ist die Massenträgheit (Formel s.o.).
Gutes Gelingen.
LG.
Kommentar von freejack75freejack75 Antwort ist falsch. Wenn der Ballon austatriert schwebt unterliegt er den gleichen Kräften wie die umgebende Luft und bewegt sich folglich weder vor noch zurück.
Kommentar von gutzehngutzehn Hallo freejack75,
nur wenn der Ballon austariert schwebt , wirken keine "störenden" Zusatzkräfte (z.B. Wand- oder Bodenreibung).
Der Ballon verhält sich dann genau entsprechend der o.g. Trägheitsformel.
Beste Grüße.
Kommentar von freejack75freejack75 nein, Du vergisst die Luft, auf die ebenfalls die Trägheitskräfte wirken.
Kommentar von gutzehngutzehn Vielleicht veranschaulicht folgendes Beispiel meine Antwort etwas besser:
Ein Ballon sei austariert (er steigt nicht und sinkt nicht) und schwebt in 1 m Höhe über dem Kopf des Fahrers, der sein Schiebedach geöffnet hat.
Es herrscht absolute Windstille und das Auto bewegt sich nicht bzw. parkt.
Dann fährt der Wagen langsam los und kommt sagen wir mal 2 m später wieder zum stehen. Wo befindet sich der Ballon?
Sowohl das Fahrzeug als auch der Ballon haben am Anfang in Fahrtrichtung die Geschwindigkeit "Null"
Das Fahrzeug bewegt sich 2m vorwärts (Geschwindigkeitsänderung), der Ballon aber bewegt sich nicht bzw. bleibt an der gleichen Stelle.
Aus Sicht des Fahrers hat sich der Ballon in Richtung Heckscheibe bewegt bzw. befindet sich jetzt in Fahrtrichtung 2 m hinter dem Kopf des Fahrers.
Hoffe das war ein bischen nützlich.
Beste Grüße.
-
1Antwort von
freejack75freejack75
der bewegt sich nach vorn, da er durch die schwerere und trägere Luft (die nach hinten gedrückt wird) verdängt wird.
Kommentar von prima09prima09 wenn sie nach hinten gedrückt wird müsste dann der luftdruck nicht unterschiedlich sein im inneren des autos?oder reden wird von molekularer bewegung, das ist ja die frage
Kommentar von freejack75freejack75 der Luftdruck ist hinten größer, durch die Beschleunigung.
So wie er auch unten größer ist (durch die Gravitation == Fallbeschleunigung).
Und genau so wie deshalb der Ballon aufsteigt, geht er auch bei "normaler" Beschleunigung in Richtung niedrigerer Druck.
Kommentar von prima09prima09 ist das eine idee oder mehr?
Kommentar von freejack75freejack75 ja, das ist eine Tatsache.
-
-
0Antwort von
ReggidReggid
der ballon bewegt sich entgegen der intuitiv angenommenen richtung: nach vorne beim beschleunigen und nach hinten beim bremsen.
http://books.google.at/books?id=rxBQV9-GSo4C&pg=PA144&lpg=PA144&dq=b...&q=ballon%20helium%20beschleunigung&f=false
-
0Antwort von
trixieminzetrixieminze
Er bewegt sich voraus , da hinten der Luftdruck steigt !
Kommentar von prima09prima09 wieso soll innerhalb eines geschlossenen raumes der luftdruck unterschiedlich sein? ist der luftdruck nicht proporzional der molekuarbewgung der gasmoleküle? und gasdichte, bzw molekulardichte etc..
-
0Antwort von
NoxpolarisNoxpolaris
Er drückt ja ans Autodach und wird wegen der Reibung mitgenommen.
Kommentar von prima09prima09 ,gut ,nehmen wir mal an er berührt nicht das dach, meinetwegen an einer schnur, was dann'?
Kommentar von trixieminzetrixieminze Dann dumm gucken !
Kommentar von NoxpolarisNoxpolaris Da er kurz an seiner Stelle verharrt, wird sich die Luft vor dem sich auf ihn zu bewegenden Rückfenster komprimieren und ihn auch nach vorn bewegen
Kommentar von prima09prima09 luftdruck oder molekülbewegung?
Diese Frage
DH, genau so!