96 Statischer Auftrieb in Gasen 53 Die Luft ist ein Gemisch aus mehreren Gasen. In der Nähe des Erdoberfläche besteht sie aus ungefähr 78% Stickstoff und 21% Sauerstoff. Den Rest bilden verschiedene Edelgase und Kohlenstoffdioxid. Außerdem kann sie wechselnde Mengen an Wasserdampf enthalten. Die Dichte der Luft nimmt mit zunehmender Höhe ähnlich wie der Luftdruck ab (Tab. 53.1). Gas Druck Dichte Wasserstoff 1013 hPa 0,09 kg/m3 Helium 1013 hPa 0,18 kg/m3 Kohlenstoffdioxid 1013 hPa 1,98 kg/m3 Luft 1013 hPa 1,29 kg/m3 Luft in 5 km Höhe 530 hPa 0,68 kg/m3 Luft in 10 km Höhe 270 hPa 0,37kg/m3 Heiße Luft (500 °C) 1013 hPa 0,46 kg/m3 53.1 Dichte einiger Gase bei 0 °C unter dem angegebenen Druck sowie von Luft unter verschiedenen Bedingungen Da jeder Körper Luft verdrängt, wirkt nach dem Archimedischen Gesetz auch in der Luft und in jedem anderen Gas auf alle Körper ein Auftrieb (statischer Auftrieb). Wir sehen dies z. B. am Aufsteigen eines mit Wasserstoff oder Helium gefüllten Ballons (Abb. 53.2). Wegen der geringen Dichte der Luft ist dieser Auftrieb allerdings klein. Er beträgt für einen Körper, der 1 m3 Luft verdrängt, nur etwa 13N. Versuch: Hänge eine verkorkte Flasche, die in ein leeres Becherglas taucht, an den einen Arm einer Balkenwaage und bringe diese ins Gleichgewicht. Leite nun in das Becherglas Kohlenstoffdioxid, das infolge seiner Dichte von ca. 2 kg/m3 (bei 1013 hPa) die Luft aus dem Glas verdrängt (Abb. 53.3)! Was zeigt die Waage jetzt? Der auf die Flasche wirkende Auftrieb ist gleich dem Gewicht des verdrängten Gases. Er ist im schwereren Kohlenstoffdioxid größer als in der Luft. Der Versuch kann auch wie in Abb. 53.4 ausgeführt werden. Man stellt eine kleine, empfindliche Waage, an der eine Styroporkugeln durch ein geeignetes Massestück im Gleichgewicht hängt, unter eine Glasglocke und saugt die Luft ab. Was wird passieren? Jeder in der Luft oder in einem anderen Gas befindliche Körper erfährt einen Auftrieb. Dieser ist nach dem Gesetz von Archimedes gleich dem Gewicht der verdrängten Gasmenge. Ist der Auftrieb größer als das Gewicht des Körpers, steigt der Körper im Gas empor. Ist der Auftrieb gleich dem Gewicht des Körpers, schwebt der Körper im Gas. Unter welchen Bedingungen sinkt der Körper? Wieso kann man mit Heißluftballonen „fahren“? 53.2 Kräfte an einem Ballon S Schwerpunkt FA Auftrieb G Gewicht 53.3 Der Auftrieb im schwereren Kohlenstoffdioxid ist größer als in Luft. 53.4 Auftriebswaage – Auftrieb in Luft 53.5 Freiballon Korb Ballast Schleppseil Reißleine Ventil Reißbahn Wasserstoff oder Helium Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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