Emma geht in die Luft
Emma und der Korb sind für die wenigen Luftballons sichtlich zu schwer. Wenn unsere kleine Forscherin jedoch genügend Ballons zur Verfügung hätte, könnte sie abheben. Was steckt dahinter?
Die Anziehungskraft der Erde bestimmt das Gewicht dieses „Flugobjektes”. Um davonzufliegen, muss Emma die Erdanziehung überwinden. Dazu braucht sie genügend Auftrieb. Er wird durch die Verdrängung der schweren Umgebungsluft (ρ Luft ) durch leichte Gase innerhalb des Ballons erzeugt. Emmas Ballons sind dazu mit Helium gefüllt. Bei Heißluftballons wird die Ballonluft durch einen Gasbrenner erwärmt, wodurch die Dichte (ρ leicht ) der heißen Luft und damit die Auftriebskraft gesteuert werden.
Zur Berechnung des Zustands, wann Emma abhebt, hilft folgende Formel:
F Gesamt = F Auftrieb + F Gewicht
F Gewicht = - (V Ballon · ρ leicht · g + F Gewicht Emma + Korb )
F Auftrieb = V Ballon · ρ Luft · g
Dabei ist V Ballon das Volumen der Ballons.
Auch hier werden verschiedene Kräfte überlagert und ergeben eine resultierende Gesamtkraft. Auftrieb ist nicht nur für das Fliegen von Ballons wichtig, sondern auch für das Schwimmen von Schiffen oder Fischen. Fische können durch eine Schwimmblase ihre Dichte ändern und damit höher oder tiefer im Wasser schwimmen. Wenn Schiffe durch Gewässer fahren, in denen plötzlich Gasblasen aufsteigen, sinkt die Dichte des Wassers als umgebendes Medium, was den Auftrieb reduziert, so dass die Schiffe untergehen können. Werden unterirdische Hallen und Gänge z.B. für U-Bahnen gebaut, besitzen diese Luft-gefüllten Räume auch eine geringere Dichte als das umgebende Gestein und erfahren somit einen Auftrieb. Dieser muss durch das Gewicht der Halle ausgeglichen werden, damit sie nicht aufsteigt. Hättest Du das gewusst?