Du hast sicherlich schon einmal eine Postkarte
mit einem Ballon auf Reisen geschickt.
Doch wie fliegt diese ohne Motor, Flügel
oder Propeller?
Dies werde ich dir mit dem Auftrieb in Gasen
erklären.
Du weißt, dass auf jeden Körper in einer
Flüssigkeit neben der Gewichtskraft eine
weitere Kraft in entgegengesetzte Richtung
wirkt, die Auftriebskraft.
Der griechische Gelehrte Archimedes erkannte
dieses Prinzip schon etwa 250 Jahre vor Christus
und formulierte dazu folgendes Gesetz: „Der
Betrag der Auftriebskraft, die auf einen Körper
wirkt und der Betrag der Gewichtskraft, die
auf die verdrängte Flüssigkeit wirkt, sind
gleich groß.“
Sehen wir uns im Experiment an, ob das Gesetz
von Archimedes auch für Gase gilt.
Dafür brauchen wir eine mit Gas gefüllte
Glaskugel, eine Balkenwaage, ein Gegengewicht
und eine Vakuumglocke.
Wichtig ist, dass Glaskugel und Gegengewicht
nicht das gleiche Volumen haben.
Das Gegengewicht wird so an der Balkenwaage
platziert, dass es die Glaskugel ausbalanciert.
Gegengewicht und Glaskugel sind dann im Gleichgewicht.
Wir stülpen nun eine Vakuumglocke darüber
und pumpen die Luft, also das umgebende Gas, ab.
Die Glaskugel sinkt nach unten.
Aber wie kann das sein?
Sie besitzt doch die gleiche Masse wie das
Gegengewicht?
Hier kommt wieder das Gesetz von Archimedes
ins Spiel.
Schauen wir, was passiert ist.
Genau wie in Flüssigkeiten, erfahren Körper
in Gasen, wie beispielsweise Luft, auch einen
Auftrieb, denn auch hier verdrängt das Volumen
eines Körpers eine gewisse Gasmenge.
Wie groß diese Auftriebskraft ist, beschreibt
wiederum das Gesetz von Archimedes: „Der
Betrag der Auftriebskraft, die auf einen Körper
wirkt, ist so groß wie der Betrag der Gewichtskraft,
die auf die verdrängte Gasmenge wirkt.“
Das Volumen unserer Glaskugel ist größer
als das des Gegengewichtes.
Sie kann also mehr Luft verdrängen.
Und der Betrag der Auftriebskraft, die auf
die Kugel wirkt, ist deshalb größer.
Im Vakuum, wo keine Luft verdrängt werden
kann, gibt es auch keinen Auftrieb.
Daher sinkt unsere Glaskugel nun.
Wie auf die verdrängte Gasmenge, wirkt auch
auf jeden Körper im Gas eine Gewichtskraft.
Wie sich der Körper verhält, bestimmt der
Betrag dieser Gewichtskraft.
Genau wie beim Auftrieb in Flüssigkeiten,
kann anstelle dieser beiden Kräfte auch die
Dichte des Körpers und des umgebenden Gases
verglichen werden.
Für den Körper gilt dann, er sinkt, wenn
der Betrag der Gewichtskraft größer ist
als der der Auftriebskraft.
Die Dichte des Körpers ist dann größer
als die Dichte des Gases.
Und er schwebt, wenn beide Beträge und Dichten
gleich groß sind.
Der Körper steigt, wenn der Betrag der Auftriebskraft
größer ist als die Gewichtskraft.
Die Dichte des Körpers muss dafür geringer
sein als die Dichte des Gases.
Nun haben wir alle Zustände für den Auftrieb
in Gasen kennengelernt.
Das gilt auch für unseren Luftpostballon.
Er steigt nur auf, wenn das vom Ballon eingeschlossene
Gas eine geringere Dichte hat als das verdrängte Gas.
So ein Gas ist zum Beispiel Helium.
Füllen wir damit unseren Ballon, können
wir unsere Postkarte auf Reisen schicken.
