Physikalische Erklärung für ein Luftballonexperiment gesucht, wichtig?

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2 Antworten

Grundsätzlich gilt, dass sich der Schwerpunkt eines inhomogenen Körpers auf der sauberen Flugbahn bewegt, solange keine zusätzlichen äußeren Kräfte außer der Schwerkraft wirken.

Betrachten wir das also mal aus Sicht des Schwerpunktes:

Wo befindet sich der Schwerpunkt?
Eine leere Ballonhülle wiegt etwa 2,9 g (laut Werbeartikelversender wiegen 200 Ballons etwa 570 g)
Eine Luftfüllung mit 5 l wiegt etwa 6g
Eine Wasserfüllung von 50 ml wiegt etwa 50 g

Damit wiegt der äußere Ballon etwa 9 g, der innere etwa 53 g.

Die meiste Masse steckt also im inneren Ballon, weshalb dieser auch wesentlich den Schwerpunkt des Gesamtsystems bestimmt. Anders gesagt: der Schwerpunkt liegt innerhalb des inneren Ballons und daher wird sich der auf einer sauberen Flugbahn bewegen.

Nähern wir uns zunächst mal grob dem Problem:
Der Wurf setzt sich aus einem freien Fall und einer gleichförmigen horizontalen Bewegung zusammen, sofern wir keinen Luftwiderstand berücksichtigen. Lassen wir den Ballon einfach fallen, wackelt er nicht. Das wackeln entsteht in der horizontalen Bewegung.

Horizontal haben wir ohne Luftwiderstand eine gleichförmige Bewegung, da wackelt auch noch nichts.

Wenn wir jetzt aber die Betrachtung verfeinern und den Luftwiderstand berücksichtigen, passiert folgendes:
Der innere Ballon bewegt sich gleichförmig. Der äußere wird aber durch den Luftdruck gebremst. Der innere überholt also den äußeren und stößt von innen an die Wand des äußeren Ballons. Hier findet ein elastischer Stoß mit Impulsübertragung statt (Impulserhaltungssatz). Dadurch wird der äußere Ballon nach vorne geschleudert und der innere Ballon wird entsprechend des Massenverhältnisses von 1:5 leicht abgebremst.
Dann wird der äußere Ballon durch den Luftdruck wieder abgebremst und das spiel beginnt von vorne.

Betrachtet man das ganze nun von außen, sieht man nicht den Schwerpunkt sondern nur die äußere Systemgrenze, die vom äußeren Ballon gebildet wird. Dadurch, dass dieser ständig beschleunigt (Impuösübertragung) und gebremst wird (Luftwiderstand), wirkt er dann "wackelig", während sich aber der Schwerpunkt wesentlich gleichmäßiger bewegt. Durch die Rückwirkung der Impulsübertragung (actio = reactio) bewegt sich allerdings auch der Schwerpunkt nicht mehr gleichförmig sondern "wackelig", was allerdings durch das Massenverhältnis nur 1/5 so stark ist wie die Wackelei der äußeren Hülle.

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ist doch klar der innere schwere mit Wasser gefüllte Ballon wackelt - dh. stößt mal da mal dort an - in dem äußeren mit Luft gefüllten Ballon. Dadurch ist die Wurfbahn wackelig

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Kommentar von HenrikLadewig98
31.01.2016, 13:10

Denken kann ich mir das auch.. Aber ich brauch mehr so eine Erklärung mit physikalischen Begriffen, die das beschreiben.

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