2 Ballons unter Wasser mit Schlauch verbunden,Kräfte?
Hallo zusammen,
vielleicht kann mir jemand helfen um zu verstehen was ich übersehe?
Der Hintergrund ist folgender.Ich habe 2 gleichgrosse Ballons die mit einem Schlauch verbunden.Das System ist geschlossen und wird so ausgelegt das wenn beide Ballons unter Wasser sind in den Ballons ca. 600 ml Luft enthalten sind.
Liegen beide Ballons parallel zueinander,sind beide Ballons zur Hälfte mit Luft gefüllt und wenn man einen Ballon zusammendrückt ist nur ein minimaler Aufwand nötig.Positioniert man die Ballons so das beide einen 10 cm Höhenunterschied im Wasser haben,steigt die Luft in den oberen Ballon aber der Kraftaufwand wir um ein vielfaches grösser um die Luft in den 10 cm tieferen Ballon zu pressen.
Die Wasserverdrängung bleibt ja nahzu indentisch und beeinflusst diesen Prozess nur minimal.Stelle ich ein Gewicht auf den Ballon 1 wenn diese Parallel zueinender stehen,wird ca 150 Gramm benötigt(Waage an der Luft) das die Luft umgefüllt wird , wobei bei 10 cm Unterschied 4 Kg benötigt wird.
Wie errechnet man diese theoretisch?Ich komme leider mit diversen Formeln gerade nicht weiter und stehe gerade auf dem Schlauch.
Kompression und Druckunterschied scheinen da die grössten Kräfte zu sein oder übersehe ich etwas?
Gruss Ralleo
Hallo nochmal,da wohl doch ein paar Dinge fehlen hier weitere Infos.
Die Ballons haben aufgeblasen ohne Gegendruck des Materials einen Durchmesser von 10 cm mit einem Volumen von rechnerisch 550 cm3 rechnerisch ,gemessen 600 cm3.
Die Auflagefläche der Steine welche ich benutzt habe hat 9.5 cmx9.5 cm.
Benötigt wurden 2 Steine bei 10cm Hòhen unterschied.
Der kleine mit 9.5cmx9.5cmx6cm Dicke mit einer Auflagefläche von 90,25cm2.
Das Gesamtvolumen beider Steine entspricht 1653 cm3 bei einer dichte von 2.41 kg/dm3
Mir geht es eigentlich darum auszurechnen wie dieser Druckunterschied zustande kommt,der mit der Gewichtskraft der Steine erreicht wird.
Und es ist richtig das es egal ist in welcher Tiefe dieses Experiment durchgeführt wird aber in diesem Fall ca 20 cm unter der Wasseroberfläche,bzw ein Versuch der mich zufällig stutzen lies und mein Verständniss ein wenig zum stocken lies.
3 Antworten
Es geht dabei um den Tiefendruck, bzw. hydrostatischen Druck.
Die Formel ist p=h×g×ρ
Auf der Erde und im Wasser steigt der Druck um ca. 1 bar je 10 m Tiefe. 1 bar sind 100'000 Pa oder 10 N/cm2.
Deine Massenangaben sind wenig hilfreich, weil die Kraft auch vom Material abhängt.
.matetial würde ich vernachlässigen, die Rechnung soll nur demonstrieren, dass z B. Bei 8607,8 m Tiefe der eine Ballon voll ist und bei 8607,7 m Tiefe der andere Ballon platt ist
Genau dieses Verhältnis versuche ich rechnerisch zu ermitteln,wobei so ein Versuch nie ganz genau ist.Deshalb möchte ich dieses gerne nachrechnen wollen.
1. würde ich nicht Kräfte und Druck in kg berechnen.
2. Ist die Aufgabe mMn ziemlich komplex, weil Ballons nicht nur eine Fläche, sondern auch eine Höhe haben!
Bei nur 10 cm Höhenunterschied machen schon Form und Ausrichtung der Ballons einen Unterschied. Selbst wenn man zwei scheinbar gleiche Ballons an der Luft verbindet, wird sich der eine fast leeren und der andere Füllen, weil sich die Materialdicke und Füllung unterschiedlich auf die Rückstellkraft der Gummihülle auswirken.
@Spikeman zu 1 ,da es sich nur um eine statische Kraft handelt wird das Ergebnis immer nur Kg oder Gramm oder N sein.Bar könnte ich natürlich mit Pacal oder Kilopond rechnen aber kenne durch meine Ausbildungen so und geht mir leichter von der Hand.
Zu 2 Ehrlich gesagt bin ich mir unsicher ob meine Rechnung stimmt.Denn eigentlich wirkt in dem gefüllten Ballon die Auftriebskraft an sich aber auf beiden Ballons und Steine wirkt der hydrostatische Druck,in dem Fall bei dem luftleeren Ballon eben 0.01 Bar mehr.Das die Mantelfläche des Ballons Druckbelastet ist konnte ich herausfinden.Anders bei Auftrieb.
Bei 10 cm Unterschied nimmt das um das 26,66 fache zu, das kann nur an der darüber liegenden Wassersäule liegen
1 Bar = 1,0197 Kg/cm²
1 Bar entspricht 10 Meter Wassersäule
Um 3,85 kg für 10 cm Unterschied zu bekommen müssten der Druck bei 10 cm um 3,85 bar stiegen, das wäre sehr tief im Wasser.
Jetzt gilt es um zu rechnen von 1 bar =10 m auf x bar = 10 cm
emm, der DruckUnterschied ist unabhängig von der GesamtTiefe! Das Experiment funktioniert in 10 m und in 10 km Tiefe gleich!
? Hm, dann ist nur due Fläche entscheidend, die kg/cm2
Was ist denn dann mit der einseitigen Auftriebskraft des verdrängten Wassers,dem Druckunterschied von 0.01 Bar und der Kompression?
0,01 Bar für 10 cm Unterschied in kg umrechnen und dann auf cm2
Müssten 3,85 kg / 0,010197 kg/cm2 = 377,56 cm2 sein, die ein Ballon hat.
Wenn ich mich nicht irre.
Heute Abend Kopf kaputt
Gut ,ich habe leider auch gänzlich vergessen das die Steine eine Auftriebskraft des verdrängten Volumens hat.Somit ist Abtriebskraft der Steine in dem Fall 2.1 Kg betragen was die Dichte der Steine beträgt.
Rechne ich mir die 10 cm Höhenunterschied in Bar aus ,entspricht dann 0.01 Bar =10 Gramm pro cm2.Bei der Mantelfläche der des Ballons von 10 cm liege ich rechnerisch bei 3140 gramm 2.1 Kg zu 3.1 Kg passt dann leider auch nicht.
Rechnet man dann aber die Auftriebskraft des Ballon mit 0.6 Kg dazu kommt man recherisch auf 2.7 Kg.Wenn man Druckverluste an dem Schlauch und Restluft mit einbezieht ,würde das Ergebniss passen ,oder?