Müsste eine Vakkuum-Kugel nicht einen enormen Auftrieb haben, da die Dichte im Innern Null ist?
Ballons werden mit Gasen gefüllt, deren Dichte geringer ist als die der Atmosphäre. Am geringsten ist die Dichte eines Vakuums. Wenn es möglich wäre, eine leichte und gleichzeitig stabile Hülle zu konstruieren, müsste eine mit "Vakuum gefüllte", d.h. entleerte derart leichte Kugel doch deutlich besser fliegen als ein Ballon?
7 Antworten
Was soll das bringen? Selbst der Unterschied zwischen Wasserstoff und Helium ist minimal. Ein Kubikmeter Helium hat eine Masse von 180 Gramm. Wenn man also in einem Ballon von 1000 Kubikmetern das Helium durch ein Vakuum austauscht, würde die mögliche Last um 180 kg zunehmen. Eine vakuumbeständige Konstruktion würde vermutlich deutlich mehr wiegen. Das wäre ein erheblicher technischer Aufwand mit vernachlässigbarem Nutzen.
Du bräuchtest eine Konstruktion, die dem Druck standhalten kann. Das sind immerhin zehn Tonnen pro Quadratmeter.
Damit die Kugel dem Außendruck standhält, muß sie aus einem festen Stoff möglicherweise Metall sein. Wenn du die Kugel aus einem festen Stoff machst, dann wird sie schwer. Der Auftrieb ist nur gleich dem Gewicht des verdrängten Gases oder der verdrängten Flüssigkeit. Das Gewicht der Kugel ist wohl auch dann höher wenn sie leer ist..
Um dem äußeren Luftdruck standzuhalten braucht es so viel Material, das dieses schwerer ist als die Luft die die Konstruktion verdrängt.
Ja....
Aber deine Hülle muss dann dem Außendruck standhalten.
Ja, richtig.
Nur, konstruiere mal eine Hülle, die so leicht ist, aber einem Außendruck von 1 bar widersteht.
Wie wäre eine mit Nanoröhren-Kohlenstoff überzogene Titan-Haut? Kennt jemand eine Formel, um das auszurechnen?
Nur mal so: 1 bar ist eine Kraft von 100.000 N je m². In etwa so, als würdest du auf jeden Quadratmeter einen 10 t LKW draufstellen.
Es ist überhaupt kein Problem, eine solche Kraft auf Zug aufzufangen. Also dagegen, dass sich das Material des Ballons aufgrund eines Überdrucks im Inneren ausdehnt. Das ist deshalb einfach, weil etwas, das auf Zug belastet wird, dieser Belastung nicht ausweicht indem es sich irgendwie verbiegt.
Aber eine Druckspannung ist eben etwas vollkommen anderes. Du musst an jeder Stelle deiner Außenhaut verhindern, dass dein Material dem Druck einfach durch Verformung nachgibt.
Als kleines Experiment, um das zu verdeutlichen: Binde eine Schnur an eine Streichholzschachtel. Versuche, ob du die Schachtel mit dieser Schnur wegziehen kannst... und was passiert, wenn du die Schachtel mit der Schnur wegschieben willst.
Bei deinem Ballon wären die C-Nanoröhren (du kannst auch ganz normale Carbonfasern nehmen) quasi die Schnur. Du müsstest verhindern, dass sie sich verbiegen. Also gießt du sie formschlüssig in eine Matrix aus Kunststoff ein. Nennt sich dann kohlefaserverstärkter Kunststoff oder im Volksmund Carbon.
Das geht, keine Frage!
Aber du musst eben eine gewisse Menge Material pro m² verwenden, damit es ausreichend hohen Kräften standhält. Wie gesagt, ein LKW je Quadratmeter. Und das wird sehr viel schwerer also so eine blöde Ballonhaut aus 0,2 mm dünnem Nylon. So schwer, dass der höhere Auftrieb des Vakuums doppelt und Dreifach wieder aufgefressen wird.
Deshalb funktioniert es nicht. Weil du eine ausreichend drucksteife Hülle einfach nicht entsprechend leichtgewichtig hinbekommst.
Titan hilft dir an der Stelle übrigens gar nichts. Titan hat keinerlei mechanische Eigenschaft, die diesbezüglich irgendwie besonders vorteilhaft wäre.
Könnte man für eine solche Hülle Titan verwenden, das man ggf. mit dem sog. Buckypapier verstärkt gegen Diffusion? Der Nutzen bestünde darin, dass man zur Höhensteuerung weder Heizenergie benötigte (Heißluft) noch teures Helium, dass man auch noch ablassen muss, um zu landen. Eine Vakuumpumpe müsste ausreichen und über die Steuerung des Innen-Unterdrucks wie bei einem U-Boot den Auf- oder Abtrieb lenken.