Warum fliegt ein Luftballon weg?
Hey, laut dem Wechselwirkungsgesetz von Newton fliegt ein Luftballon, wenn er nach dem aufblasen losgelassen wird, weg. Wie kann man dies nun physikalisch erklären? Auf was übt der Luftballon eine Kraft aus und funktioniert dies auch im Vakuum?
3 Antworten
Das funktioniert auch sehr gut im Vakuum. Nur muss die Ballonhaut so stabil sein, dass er nicht vorher schon platzt.
Impulserhaltung: Du schleuderst Materie nach hinten mit einem bestimmten Impuls weg. Und damit bekommst Du nach vorne den gegengesetzten Impuls.
Die Luft ist die Materie. Durch seine Spannung übt er eine Kraft auf die Luft aus, die hinten ausströmt. Damit wird er entsprechend nach vorne bewegt. Wenn der Ballon 10g wiegt und 1g Luft mit 10m/s nach hinten ausstößt, fliegt er mit 1m/s nach vorne. Impuls ist ja Masse mal Geschwindigkeit.
Okay also: Der Luftballon übt durch seine Spannung eine Kraft auf die Luft im Luftballon aus, welche nach hinten schiesst und die dementsprechend entgegengesetzte, gleiche Kraft auf den Luftballon nach vorne ausübt.
Fast. Es ist nicht die gleiche Kraft, sondern der gleiche Impuls. Impulserhaltung, nicht Krafterhaltung.
Vielen Dank. Das hat mir sehr geholfen :)
Genau. Kraft = Gegenkraft.
Die Ballonhaut übt eine Kraft auf die Luft aus und umgekehrt. Diese Kraft treibt den Ballon vorwärts. Wäre der Ballon geschlossen, dann würden sich die Kräfte ausgleichen. Die Luft übt in alle Richtungen eine gleich große Kraft auf die Ballonhaut aus. Dadurch ist die Summe aller Kräfte Null.
Ist nun aber ein Loch im Ballon, durch das Luft ausströmt, dann ist dieses Gleichgewicht gestört, da die Luft am Loch ja nun keine Kraft mehr ausüben kann. Die Summe der Kräfte ist damit größer Null.
Aus diesem Umstand kann man den Impulserhaltungssatz ableiten. Denn der Impuls ist gleich Kraft mal Zeit. Und die Kraft, die auf die ausströmende Luft wirkt ist gleich der Summe aller Kräfte auf die Ballonhaut.
Vielen Dank für diese sehr ausführliche und anschauliche Erklärung
Nur dass die Impulserhaltung viel elementarer ist und bereits aus der Homogenität des Raumes folgt. Und Impulserhaltung gilt auch viel universeller, zum Beispiel in der Quantenmechanik. Kraft=Gegenkraft ist richtig, führt hier aber in die Irre. Denn natürlich drückt die Hülle gegen die Luft und damit auch die Luft gegen die Hülle. Und nun? Jetzt hast Du die Kraft der Ballonhaut berechnet, aber nicht den Vortrieb. Denn der folgt der Impulserhaltung.
Ja. In diesem Fall ist es natürlich sinnvoller die Rechnung über den Impulserhaltungssatz durchzuführen. Der Fragesteller hatte aber explizit nach den Kräften gefragt.
Den Vortrieb kann man übrigens auch über die Kräfte berechnen. Unter idealen Bedingungen - also wenn die Luft völlig reibungsfrei aus dem Ballon austritt - ist der Vortrieb gleich A*p. Wobei A die Fläche der Öffnung ist und p der Druck im Inneren des Ballon.
der Ballon übt die Kraft auf die Luft aus, die er ausstößt. Der Rest ist Impulserhaltung.
Rückstoß.
Ja, funktioniert auch im Vakuum, Raketen werden so angetrieben
Ich muss nochmal Überlegen..