Angenommen in einem Flugzeug sitzt ein Schwarm Vögel auf dem Boden. Nun wird das Flugzeug gewogen. Danach fliegen nun alle Vögel gleichzeitig in die Luft und bleiben dort, also in der Luft im Innenraum des Flugzeuges. Wird das Gewicht des Flugzeuges leichter oder bleibt es gleich?
Hallo!
Die Gesamtmasse des Systems bleibt gleich, also bleibt auch das Gesamtgewicht gleich.
Fliegende Vögel werden ja nicht schwerelos, sondern sie halten sich in der Luft, indem sie diese mit den Flügeln nach unten drücken. Sie erzeugen also eine Reibungskraft und einen abwärts gerichteten Luftstrom, der in seiner Wirkung auf den Kabinenboden dem Gewicht der Vögel entsprechen muss, damit Kräftegleichgewicht herrscht und die Vögel genug Auftrieb haben.
Gruß
smalbop
Hallo,
Wird das Gewicht des
Flugzeuges leichter oder bleibt es gleich?
Es bleibt gleich.
Gruß:
Manni
Oh Gott, vielen Dank, endlich ist das geklärt und eindeutig begründet.Ein Hoch auf dich und das Internet.
Moin,
Die Gesamtmasse des Systems bleibt gleich, also bleibt auch
das Gesamtgewicht gleich.Fliegende Vögel werden ja nicht schwerelos, sondern sie halten
sich in der Luft, indem sie diese mit den Flügeln nach unten
drücken. Sie erzeugen also eine Reibungskraft
Bei Reibung würde sich m.E. nur die Luft etwas erwärmen, diese Kraft ginge dann als Vertikalkraft verloren. Ich glaube, daß die Reibung als Vertikalkraft keine Rolle spielt
und einen
abwärts gerichteten Luftstrom, der in seiner Wirkung auf den
Kabinenboden dem Gewicht der Vögel entsprechen muss, damit
Kräftegleichgewicht herrscht und die Vögel genug Auftrieb
haben
.Wenn die Vögel fliegen/schweben, muß es eine Kraft geben, die genau dem Gewicht der Vögel entspricht und nach oben gerichtet ist.
Da actio gleich reactio ist, wirkt hierzu eine gleich große Kraft nach unten auf den Kabinenboden.
Deshalb bleibt das Gesamtgewicht gleich.
Grüße.
roysy
Und bei Gasballons?
Wie sieht das denn aus, wenn ich viele, viele gasgefüllte (Helium oder - der Spannung halber - Wasserstoff) Luftballons mit einer Schnur am Kabinenboden befestigt habe und mit einer Riesenschere gleichzeitig losschneide.
Ist klar, wenn die Ballons erstmal gegen die Decke geknallt sind, üben sie wieder den gleichen Hub aus, wie vorher. Was passiert aber zwischen Schnitt und Oben anknallen - macht das Flugzeug in dem Moment einen Satz nach unten? Und kann man es um die gleiche Strecke wieder hochziehen, indem man die Ballons anschließend herabzieht und wieder am Boden befestigt?
Gruß
Hallo Herrmann,
interessante Abwandlung der Problemstellung. Meine Prognose ist: Auch dann „bemerkt“ das Flugzeug nichts, weder beim Steigen lassen noch beim Zurückholen der Ballons.
Etwas anschaulicher vorzustellen ist der Vorgang, wenn wir annehmen, das Flugzeug bestehe aus einem Würfel mit 1 m Kantenlänge und sei mit Wasser gefüllt. In dem Wasser schwebe eine Kugel mit 100 Litern Volumen und 10 kg Gewicht, die mit einer (unendlich dünnen) Schnur am Kabinenboden festgemacht sei.
(Ich setze im folgenden der Einfachkeit halber Masse = Gewicht. Das Beispiel wird dadurch anschaulicher.)
Die Masse des Flugzeugs ist dann: 900 kg Wasser + 10 kg Kugel = 910 kg
Kräfte auf den Kabinenboden: nach unten 1000 kg aus Wasserdruck und nach oben 90 kg aus der Schnur (100 kg Auftrieb - 10 kg Eigengewicht), die Differenz macht 910 kg. Passt zur Masse.
Jetzt lassen wir den Ballon steigen. Die Masse des Flugzeugs ändert sich nicht.
Kräfte auf den Kabinenboden: Nach unten 1000 kg aus Wasserdruck. Kräfte auf die Kabinendecke: nach oben 90 kg aus dem Grund, dass beim Nach-Oben-Steigen mit konstanter Geschwindigkeit an der Kugel Kräftegleichgewicht zwischen Auftrieb minus Eigengewicht einerseits (90 kg) und Reibungskraft (Stokeskraft!) der Kugel im Wasser andererseits herrschen muss. Und diese Reibungskraft drückt vom Wasser aufs Kabinendach. Die Differenz macht wieder 910 kg.
Beim Ballon zurückholen entlaste ich die Kabinendecke, aber verringere gleichzeitig in gleichem Maße die Belastung des Kabinenbodens, da ich mit Ballon in der Hand leichter bin. Also ist auch hier makroskopisch kein Effekt vorhanden.
Gruß
smalbop
Bei Reibung würde sich m.E. nur die Luft etwas erwärmen, diese
Kraft ginge dann als Vertikalkraft verloren. Ich glaube, daß
die Reibung als Vertikalkraft keine Rolle spielt
Vögel können nicht deshalb ihre Gewichtskraft überwinden, weil sie die Luft erwärmen, sondern weil sie der Luft mit den Flügeln einen Impuls nach unten verleihen und - actio = reaction - dadurch einen Impuls nach oben gewinnen.
.Wenn die Vögel fliegen/schweben, muß es eine Kraft geben, die
genau dem Gewicht der Vögel entspricht und nach oben gerichtet
ist.
Da actio gleich reactio ist, wirkt hierzu eine gleich große
Kraft nach unten auf den Kabinenboden.Deshalb bleibt das Gesamtgewicht gleich.
Sag ich doch. 
Gruß
smalbop
Hallo,
Wie sieht das denn aus, wenn ich viele, viele gasgefüllte
(Helium oder - der Spannung halber - Wasserstoff) Luftballons
mit einer Schnur am Kabinenboden befestigt habe und mit einer
Riesenschere gleichzeitig losschneide.
Sind die Ballons dest mit dem Boden verbunden, wirkt ihr Auftrieb. Das Flugzeug (stände es auf einer Waage) wäre leichter, als es in Wirklichkeit wiegt.
Schneidest Du die Bänder durch, vermindert die Auftriebskraft nicht mehr das Flugzeuggewicht. Die Waage zeigt das geringere Gewicht des Flugzeuges an. Die Auftriebskraft beschleunigt die Ballone nach oben, hat aber IMHO keine Verbindung zum Flugzeug mehr. Erreichen sie die Decke, wirkt die Auftriebskraft gegen die Decke und das F. ist wieder leichter (wie zuvor).
Bin gespannt auf eine evtl. Diskussion.
Gruß:
Manni
Kräfte auf den Kabinenboden: nach unten 1000 kg aus
Wasserdruck und nach oben 90 kg aus der Schnur (100 kg
Auftrieb - 10 kg Eigengewicht), die Differenz macht 910 kg.
Passt zur Masse.Jetzt lassen wir den Ballon steigen. Die Masse des Flugzeugs
ändert sich nicht.
Die Kraft, die die Ballons über die Schnur auf das Flugzeug auswirken, ist gerichtet. Die Stokeskraft nicht. Ferner ist die Stokeskraft direkt abhängig von der Viskosität des umgebenden Fluids. Der von den Ballons übertragene Impuls wäre nach deiner Argumentation also abhängig von der Art der im Flugzeug herrschenden Atmosphäre. Das ist grundsätzlich richtig, bestimmt diese doch die Auftriebskraft der Ballons. Darauf zielst du aber nicht ab, aus deiner Argumentation ließe sich vielmehr schlußfolgern, dass die durch einen gerichteter Impuls übertragenen Kräfte abhängig davon wären, in welchem Medium der Impuls wirkt. Das aber läßt sich mit den Gesetzen der Thermodynamik schwer vereinbaren.
Beim Ballon zurückholen entlaste ich die Kabinendecke, aber
verringere gleichzeitig in gleichem Maße die Belastung des
Kabinenbodens, da ich mit Ballon in der Hand leichter bin.
Zugegeben. Aber offenbar ist das Flugzeug (wenn meine Argumentation korrekt ist) vorhin doch gefallen. Warum ist es jetzt wieder auf gleicher Höhe (der Pilot war’s nicht)?
Gruß
Hallo herrmann,
Die Kraft, die die Ballons über die Schnur auf das Flugzeug
auswirken, ist gerichtet. Die Stokeskraft nicht.
Wieso das? Die Stokeskraft ist eine Reibungskraft auf den Ballon und als solche seiner aufwärts gerichteten Bewegung exakt entgegengerichtet. Und da Reibung nicht aus nichts kommt, wird vom Ballon durch die Reibung ein entsprechend großer nach oben gerichteter Impulsstrom in die Luft abgegeben, der den Druck auf das Kabinendach erhöht.
Ferner ist
die Stokeskraft direkt abhängig von der Viskosität des
umgebenden Fluids. Der von den Ballons übertragene Impuls wäre
nach deiner Argumentation also abhängig von der Art der im
Flugzeug herrschenden Atmosphäre. Das ist grundsätzlich
richtig, bestimmt diese doch die Auftriebskraft der Ballons.
Darauf zielst du aber nicht ab, aus deiner Argumentation ließe
sich vielmehr schlußfolgern, dass die durch einen gerichteter
Impuls übertragenen Kräfte abhängig davon wären, in welchem
Medium der Impuls wirkt.
Meine Überlegung geht ganz unabhängig von der Art des umgebenden Mediums davon aus, dass, gleichförmige Bewegung in diesem Medium vorausgesetzt, die Summe der am Ballon angreifenden Kräfte gleich Null sein muss, also Auftrieb - Gewicht - Reibung = 0. Und eine Kraft von der Größe der entstehenden Luftreibung wirkt wegen actio = reactio auch auf das Kabinendach. Wenn ich eine Stahlkugel am Draht gegen die Reibung (Zähigkeit) durch Butter ziehe, reiße ich doch auch die Butter mit, wenn ich sie nicht festhalte. Und dieses "Festhalten übernimmt hier das Kabinendach.
Das aber läßt sich mit den Gesetzen
der Thermodynamik schwer vereinbaren.
Mit Thermodynamik hat das Problem hier m.E. garnichts zu tun, sondern mit Fluidmechanik.
Beim Ballon zurückholen entlaste ich die Kabinendecke, aber
verringere gleichzeitig in gleichem Maße die Belastung des
Kabinenbodens, da ich mit Ballon in der Hand leichter bin.Zugegeben. Aber offenbar ist das Flugzeug (wenn meine
Argumentation korrekt ist) vorhin doch gefallen. Warum ist es
jetzt wieder auf gleicher Höhe (der Pilot war’s nicht)?
Ich sehe aus oben genannten Gründen nicht, dass das Flugzeug gefallen oder gestiegen ist.
Gruß
smalbop
Meine Überlegung geht ganz unabhängig von der Art des
umgebenden Mediums davon aus, dass, gleichförmige Bewegung in
diesem Medium vorausgesetzt,
Du gehst davon aus, dass ein Medium vorhanden ist, das mit dem Ballon wechselwirkt. Dann aber wäre die Reaktion auf das Losschneiden der Ballons im Vakuum eine grundsätzlich andere, als in einem mediumgefüllten Flugzeug.
Ich sach’s mal anders: Wenn der Ballon im vollen Steigflug gegen die Flugzeugdecke knallt, verbeult er sich. Das tut er im Vakuum genauso wie - mehr oder weniger - in jedem beliebigen Fluid. Entsprechend wirkt er in diesem Moment eine plötzliche Kraft auf die Flugzeugdecke aus, die er vorher nicht ausgewirkt hat. Nach deiner Auffassung aber hätte diese Kraft während des Steigflugs kontinuierlich gewirkt haben müssen. Das zu erreichen, müsste die Steiggeschwindigkeit des Ballons aber gegen Null gehen. Was ja auch der Fall ist - solang ich die Seile nicht durchschneide.
Gruß
Hallo herrmann,
mal ganz unabhängig von dem Umstand, dass der Ballon im Vakuum mangels äußerem Gegendruck augenblicklich platzen dürfte, erfährt er dort auch keinerlei Auftrieb.
Gruß
smalbop
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mal ganz unabhängig von dem Umstand, dass der Ballon im Vakuum
mangels äußerem Gegendruck augenblicklich platzen dürfte,
erfährt er dort auch keinerlei Auftrieb.
Ein durchaus interessanter Aspekt. Darüber muss ich doch noch mal nachdenken.
Gruß
Hallo,
interessante Abwandlung der Problemstellung. Meine Prognose
ist: Auch dann „bemerkt“ das Flugzeug nichts, weder beim
Steigen lassen noch beim Zurückholen der Ballons.
Das bezweifele ich.
Etwas anschaulicher vorzustellen ist der Vorgang, wenn wir
annehmen, das Flugzeug bestehe aus einem Würfel mit 1 m
Kantenlänge und sei mit Wasser gefüllt. In dem Wasser schwebe
eine Kugel mit 100 Litern Volumen und 10 kg Gewicht, die mit
einer (unendlich dünnen) Schnur am Kabinenboden festgemacht
sei.
Das Fluid ist vorgegebe: Luft
Das zusätzliche Einführen eines anderen Fluids ist nicht nötig und bringt auch nichts. Im Gegenteil. Der Widerstand des aufsteigenden Ballons ist bei Wasser viel höher als bei Luft.
Bei der Frage war der mögliche Luftwiderstand nicht angesprochen. Ich meine, daß man ihn bei dieser qualitativen Betrachtung vernachlässigen kann.
Jetzt lassen wir den Ballon steigen. Die Masse des Flugzeugs
ändert sich nicht.
Aber die Kraft des Auftriebs des B. ist nicht mehr mit dem Flugzeugboden verbunden.
Kräfte auf den Kabinenboden: Nach unten 1000 kg aus
Wasserdruck. Kräfte auf die Kabinendecke: nach oben 90 kg aus
dem Grund, dass beim Nach-Oben-Steigen mit konstanter
Geschwindigkeit
Steigt der ballon auf, wirkt eine Beschleunigung auf ihn. Er wird schneller. Die Geschwindigkeit bleibt eben nicht konstant.
an der Kugel Kräftegleichgewicht zwischen
Auftrieb minus Eigengewicht einerseits (90 kg) und
Reibungskraft (Stokeskraft!) der Kugel im Wasser andererseits
herrschen muss. Und diese Reibungskraft drückt vom Wasser aufs
Kabinendach. Die Differenz macht wieder 910 kg.
Gem. Frage gibt es kein Wasser.
Beim Ballon zurückholen entlaste ich die Kabinendecke, aber
verringere gleichzeitig in gleichem Maße die Belastung des
Kabinenbodens, da ich mit Ballon in der Hand leichter bin.
Also ist auch hier makroskopisch kein Effekt vorhanden.
Ich glaube, daß man die Frage ganz einfach nach den Regeln der Statik (Freimachen der Körper und Eintragen aller Kräfte) lösen kann.
Und danach wird m.E. das Flugzeug beim Lösen des B. vom Flugzeugboden „schwerer“, so lange, bis der B. an die Decke stößt.
Gruß:
Manni
Ist klar, wenn die Ballons erstmal gegen die Decke geknallt
sind, üben sie wieder den gleichen Hub aus, wie vorher. Was
passiert aber zwischen Schnitt und Oben anknallen - macht das
Flugzeug in dem Moment einen Satz nach unten? Und kann man es
um die gleiche Strecke wieder hochziehen, indem man die
Ballons anschließend herabzieht und wieder am Boden befestigt?
Ein Gasballon „fliegt“, weil er weniger wiegt, als die von ihm verdrängte Luftmenge.
In einem geschlossenen System, wie einem Flugzeug, bleibt das Gesamtgewicht gleich, egal, ob die Ballons schweben oder hängen.
In einem offenen System würden die Ballons allerdings nur dann Auftrieb bewirken, wenn sie einen Ansatzpunkt für die Hubkraft haben.
Gruß, Nemo.
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Hallo,
Ein Gasballon „fliegt“, weil er weniger wiegt, als die von ihm
verdrängte Luftmenge.In einem geschlossenen System, wie einem Flugzeug, bleibt das
Gesamtgewicht gleich, egal, ob die Ballons schweben oder
hängen.In einem offenen System würden die Ballons allerdings nur dann
Auftrieb bewirken, wenn sie einen Ansatzpunkt für die Hubkraft
haben.
Na, das solltest du nochmal überlegen und beweisen.
Wenn ein Wasserstoff- Gasballon mit einer Schnur am Flugzeugboden befestigt ist, erzeugt er eine Auftriebskraft, mit der die Schnur am Flugzeugboden nach oben zieht. Es wirkt also auf jeden Fall eine Auftriebskraft.
Wie sind denn sonst früher die Zeppeline geflogen?
Da waren die Gaszellen dochauch innerhalb der Hülle „aufgehängt“.
Gruß:
Manni
Moin,
In einem geschlossenen System, wie einem Flugzeug, bleibt das
Gesamtgewicht gleich, egal, ob die Ballons schweben oder
hängen.In einem offenen System würden die Ballons allerdings nur dann
Auftrieb bewirken, wenn sie einen Ansatzpunkt für die Hubkraft
haben.
Kannst Du mal bitte erklären, was Du mit einem offenen und geschlossenen System meinst?
Die Frage war ja, was passiert, wenn die mit eine Schnur am Flugzeugboden befestigten Wasserstoff- Ballons gelöst werden und im Flugzeug bis zur Kabinendecke aufsteigen.
Wird das Flugzeug kurzzeitig „schwerer“?
Grüße.
roysy
Hallo,
Das Fluid ist vorgegebe: Luft
Das zusätzliche Einführen eines anderen Fluids ist nicht nötig
und bringt auch nichts.
Doch, Anschaulichkeit.
Der Widerstand des
aufsteigenden Ballons ist bei Wasser viel höher als bei Luft.
Ja, aber der Auftrieb auch.
Bei der Frage war der mögliche Luftwiderstand nicht
angesprochen. Ich meine, daß man ihn bei dieser qualitativen
Betrachtung vernachlässigen kann.
Leider nicht. Wenn man mikroskopische Effekte messen zu können behauptet, darf man überhaupt keinen Gesichtspunkt vernachlässigen.
Steigt der ballon auf, wirkt eine Beschleunigung auf ihn. Er
wird schneller. Die Geschwindigkeit bleibt eben nicht
konstant.
Das stimmt nicht. Es wirken drei Beschleunigungen auf ihn: Die Erdanziehung (sein Eigengewicht), der Auftrieb (konstant) und die Reibung (Funktion u.a. der Geschwindigkeit). Da einerseits die Auftriebskraft isoliert betrachtet angesichts der geringen Massenträgheit des Ballons diesen extrem zu beschleunigen in der Lage ist, aber andererseits die Reibung (im „echten“ Flugzeug: der Luftwiderstand) mit dem Quadrat der Geschwindigkeit wächst, wird der Ballon nahezu augenblicklich einen Gleichgewichtszustand erreichen, in dem die Resultierende der angreifenden Kräfte zu Null wird. Das ist elementare Mechanik. Aufsteigende Ballons beschleunigen kurz nach dem Start nicht mehr, wenn man nicht eingreift. Ein Ballonfahrer würde sonst ja in eine Erdumlaufbahn katapultiert…
Gem. Frage gibt es kein Wasser.
Siehe oben: Es ist anschaulicher. Und wenn ein Erklärungsmodell nicht mit jedem Fluid funktioniert, dann funktioniert es überhaupt nicht.
Ich glaube, daß man die Frage ganz einfach nach den Regeln der
Statik (Freimachen der Körper und Eintragen aller Kräfte)
lösen kann.
Eben.
Und danach wird m.E. das Flugzeug beim Lösen des B. vom
Flugzeugboden „schwerer“, so lange, bis der B. an die Decke
stößt.
Nein, allenfalls im Moment des Durchschneidens, bis der Ballon seine Endgeschwindigkeit hat. Die hat er aber lange vor dem Erreichen der Kabinendecke. Auch das könnte man übrigens mal ausrechnen.
Gruß
smalbop
Na, das solltest du nochmal überlegen und beweisen.
Wenn ein Wasserstoff- Gasballon mit einer Schnur am
Flugzeugboden befestigt ist, erzeugt er eine Auftriebskraft,
mit der die Schnur am Flugzeugboden nach oben zieht. Es wirkt
also auf jeden Fall eine Auftriebskraft.
Wie sind denn sonst früher die Zeppeline geflogen?
Da waren die Gaszellen dochauch innerhalb der Hülle
„aufgehängt“.
Wenn die Luft im Flugzeug keine Verbindung zur Außenluft hat, bleibt die Luftverdrängung innerhalb des Flugzeuges gleich.
Gewichtsmäßig ändert sich nichts.
Der Auftrieb, der über das gesamte Luftvolumen des Flugzeuges wirkt, bleibt erhalten, auch wenn die Ballons gerade losgeschnitten werden.
Beim Zeppelin wirkte die Luftverdrängung natürlich auf die gesamte Außenluft. Das heißt, wenn die „Luftballons“ losgeschnitten worde wären, wäre der Zeppelin nach unten gefallen.
Gruß, Nemo.