Theorie:
Auf alle Körper in der Luft, sowie in einer Flüssigkeit, wirkt die Auftriebskraft.
Darauf basiert die Luftfahrt.
Um die Auftriebskraft zu berechnen, die auf den Körper im Gas wirkt, multipliziert man die Dichte des Gases mit der Fallbeschleunigung (\(g=9,8 N/kg\)) und mit dem Volumen des im Gas befindlichen Körpers:
Wichtig!
Damit ein Ballon in die Luft steigen kann, muss die Auftriebskraft, die auf den Ballon wirkt, größer als die Gewichtskraft sein.
Um zu bestimmen, welche Ladung ein Luftballon aufheben kann, muss man seine Hubkraft wissen.
Die Hubkraft eines Luftballons ist gleich der Differenz aus der Auftriebskraft und der auf den Luftballon wirkenden Gewichtskraft:
Je kleiner die Dichte eines den Luftballon (mit dem bestimmten Volumen) füllenden Gases ist, desto kleiner ist die darauf wirkende Gewichtskraft, und, desto größer ist die Hubkraft.
Damit ein Aerostat nach oben steigen könnte, muss er mit Gas gefüllt werden, dessen Dichte kleiner als die Dichte von Luft ist.
Das kann Wasserstoff, Helium oder Warmluft sein.
Der Wasserstoff hat einen großen Nachteil - er brennt und bildet mit der Luft ein Sprenggemisch.
Ein unentzündbarer und ein leichtes Gas ist Helium. Deshalb werden die modernen Aerostate meistens mit Helium gefüllt.
Die Warmluft ist sehr handlich, weil seine Temperatur (d.h. auch seine Dichte und seine Hubkraft)
mit Hilfe des Gasbrenners im Unterteil des Luftballons reguliert werden kann.
Bei der Vergrößerung der Flamme des Gasbrenners, steigt der Luftballon höher, bei der Verkleinerung der Flamme des Gasbrenners gehtkommt der Luftballon nach unten.
Man kann so eine Temperatur auswählen, dabei die auf den Ballon mit seiner Kabine wirkende Gewichtskraft, genauso groß wie die Hubkraft wird. In diesem Fall bleibt der Luftballon in Luft hängen un es ist einfach von ihm die Beobachtung auszuführen.
Die Dichte der Luft verkleinert sich durch die Vergrößerung der Höhe. Deshalb im Zuge der Steigung des Aerostats nach oben, wird die auf ihn wirkende Auftriebskraft kleiner. Danach, wenn die Auftriebskraft an den der Gewichtskraft gleichen Wert kommt, steigt der Aerostat nicht mehr.
Um höher zu steigen, wird vom Luftballon das spezielle Zusatzgewicht abgeworfen (die Sandsäcke werden geleert).
Dabei wird die Gewichtskraft kleiner, und die Auftriebskraft dominiert wiederum.
Wenn man auf den Grund landen will, muss man umgekehrt die Auftriebskraft verkleinern.
Wenn man auf den Grund landen will, muss man umgekehrt die Auftriebskraft verkleinern.
Das wird durch die Vekleinerung des Volumens des Luftballons ausgeführt. Im Oberteil des Luftballons wird eine Klappe geöffnet, ein Teil des Gases wird ausgelassen, und er beginnt zu landen.