Auftrieb he und h?
Wenn die Dichte proportional zur Auftriebskraft ist, und helium so ziemlich doppelt so dicht ist wie wasserstoff, müsste dann rein logisch wasserstoff nicht doppelt so viel Auftrieb erzeugen? Also ohne jeglichen widerstand, rein theoretisch.
5 Antworten
Je schwerer das gasförmige oder flüssige Medium, indem sich ein Körper befindet, umso stärker ist die Auftriebskraft. Der Körper verdrängt durch sein Volumen einen Teil des Mediums und der daraus resultierende Auftrieb entspricht genau dem Gewicht dieses verdrängten Mediumteils.
Umgekehrt wenn ein Körper (z.B. Ballon) in der Luft einen bestimmten Auftrieb hat, ist es wichtig, dass er besonders leicht ist, damit er steigt, bzw. sein ganzes Gewicht an Luft verdrängen kann. So gesehen hat ein leichterer mit Wasserstoff gefüllter Ballon gegenüber einem schwereren mit Helium gefüllten Ballon natürlich einen Vorteil.
https://studyflix.de/ingenieurwissenschaften/hydrostatik-auftrieb-325
Der Auftrieb Fb ergibt sich dadurch, dass in einem Volumen V Luft durch ein anderes Gas mit geringerer Dichte ersetzt wird.
Es kommt also auf die Differenz der Dichten an.
Nun schauen wir uns an, wie das Zahlenmäßig aussieht:
Die Differenz ist bei He nur geringfügig kleiner als bei H2.
Das liegt daran, dass Luft eine viel größere Dichte hat als H2 und He; somit ist die Differenz de fakto immer ungefährt gleich wie die Dichte der Luft. Den größten Auftrieb würde man erhalten, wenn man einen Ballon evakuiert - aber das geht halt nicht.
Wenn die Dichte proportional zur Auftriebskraft ist,
Wer sagt denn, dass sie das ist? An was und an wessen Dichte denkst Du da? Ein Luftschiff (gefüllt mit was?) in einer Helium- oder Wasserstoffatmosphäre eines anderen Planeten?
Und selbst, wenn das so wäre...
und helium so ziemlich doppelt so dicht ist wie wasserstoff, müsste dann rein logisch wasserstoff nicht doppelt so viel Auftrieb erzeugen?
Nein, wenn die Dichte proportional zur Auftriebskraft ist, dann müsste Helium, da doppelt so dicht, auch doppelt so viel Auftrieb erzeugen.
Unter was für Umständen gilt diese Formel denn, und wessen Dichte ist da gemeint? Denkst Du an ein U-Boot und an die Dichte des Wassers? Oder an ein Luftschiff und die Dichte von was?
Bei dem Link in Deiner Antwort ist mit ρ die Dichte des Umgebungsmediums gemeint. So kann man den Auftrieb eines U-Boots im Wasser bestimmen.
Der Fragesteller denkt aber an Wasserstoff und Helium. Die kommen auf unserem Planeten nicht als Umgebungsmedium vor, sondern nur als Füllgase für Ballons oder Luftschiffe, wenn Luft das Umgebungsmedium ist. Meinst Du, dass man Deine Formel dafür anwenden könnte?
Bei aufmerksamem Lesen fällt auf, dass nicht von Wasser gesprochen wird. Die Formel gilt für sämtliche Medien. Genannt Flüssigkeiten Und Gase. Als umgebungsmedium wird Luft Gewählt und als Körgerinhalt einmal Helium und einmal Wasserstoff.
Wir sind darin einig, dass in der Formel F=ρ*V*g mit der Dichte ρ die Dichte des Umgebungsmediums gemeint ist.
Wir scheinen auch in der Vermutung einig zu sein, dass der Fragesteller, wenn er an Helium und Wasserstoff denkt, sich diese nicht als Umgebungsmedium vorstellt. Deren Dichte in F=ρ*V*g einzusetzen und so auf entsprechende Auftriebskräfte zu schließen zu wollen, ist darum falsch.
Dies scheint dem Fragesteller aber erstens nicht klar zu sein, und außerdem enthält seine Vermutung noch einen logischen Selbstwiderspruch. Meine Antwort soll ihm helfen, dies zu sehen und den Sachverhalt vollständiger zu beschreiben: Das Umgebungsmedium bestimmt den Auftrieb und das Füllgas bestimmt, wie viel vom Auftrieb übrig bleibt, um Struktur und Nutzlast zu tragen.
Du hast vollkommen recht.
Bei doppelter Dichte ist die Zugkraft/Auftrieb halb so groß. Wasserstoff hätte als Auftriebsgas erhebliche Vorteile, aber in der praktischen Anwendung auch ein echtes Problem:
https://www.planet-wissen.de/technik/luftfahrt/zeppeline/pwiedieletztefahrtderhindenburg100.html
m.f.G.
anwesende
Bei doppelter Dichte ist die Zugkraft/Auftrieb halb so groß.
eigentlich nicht, denn es kommt auf die Differenz an. Wäre das richtig, dann würde ein Vakuum zu unendlichem Auftrieb führen.
nur, wenn du das Vakuum in ein masseloses Gefäß einfüllen könntest, denn Gewicht und Dicke des Ballons (Gefäß) gehen in die Rechnung mit ein. Du hast also nur theoretisch recht, nicht aber in der Realität.
Die Formel für die Auftriebskraft is ein einfacher linearer Zusammenhang. Jeder Körper erfährt in Wasser bei gleichem Volumen die gleiche Auftriebskraft, die dem Gewicht des verdrängten Volumens Wasser entspricht.
Dem entgegen wirkt die von der Masse des Verdrängungskörpers abhängige Gewichtskraft. Diese beiden Kärfte entscheiden in der Realität, ob der Körper untergeht oder nicht. In der Theorie wird aber immer mit masselosen Körpern gerechnet, weil der Fehler vernachlässigbar klein ist. (Masse und Volumen des Verdrängungskörpers ergeben wieder eine Dichte, d.h. man kann einfach die Dichteunterschiede nehmen)
Ich stelle mir gedanklich eine Waage unter Wasser vor und einen mit Luft gefüllten 1Liter Glaskolben an einer Schnur zur Kraftübertragung.
1l Luft wiegt 1,29g (plus Glaskolben), mit Helium und Wasserstoff wird es leichter und evakuiert bleibt nur noch das Gewicht des Glaskolbens.
In allen drei Fällen wird der Glaskolben nach oben aufsteigen wollen, aber der Unterschied zwischen 200g Glaskolben (evakuiert) und 201,3g (mit Luft) ist vorhanden, aber unrelevant klein für die Messung der Auftriebskraft.
Du hast also nur theoretisch recht, nicht aber in der Realität.
Nein, ich habe auch in der Realität recht:
Du sagst es ja selbst: Ein Ballon habe ein Leergewicht (ohne Gas) G.
Mit Füllgas Volumen V und Dichte ρ ist das Gewicht G+ρ*V.
Dem gegnüber steht das verdrängte Luftvolumen; dieses erzeugt eine nach oben gerichtete Kraft ρ(luft)*V, also ist die nach unten gerichtete Netto Kraft
F=G + (ρ-ρ(luft))*V.
Der zweite Term ist der Auftrieb B=(ρ-ρ(luft))*V
Du sagst mit deinen Worten das selbe, daher verstehe ich nicht, was dir daran nicht gefällt. Hier ist es ganz eindeutig die Differenz der Dichten, die darüber entscheidet, ob der Ballon steigt oder sinkt. Daran gibt es nichts zu rütteln.
Ich denke das solltest du dir nocheinmal durchlesen. Wenn es dich interessiert, dann habe ich hier einen link für dich.
Auftriebskraft: Definition, Formel und Berechnung|Studyflix · [mit Video]
Aber ich glaube vom prinzip her bist du richtig.
Die Formel ? F=p*V*g ?