Ein Freiballon wird beim Start nicht ganz mit Gas vollgepumpt. Von einer gewissen Höhe an ist der Ballon trotzdem prall mit Gas gefüllt.
Erkläre, wie das kommt.
b)
Von nun an kann Gas durch den stets geöffneten Füllansatz unten am Ballon entweichen.
Erläutere, wie sich das auf die Gewichtskraft und den Auftrieb auswirkt.
c)
Erläutere, wie die Druckverhältnisse bei Außenluft und Füllgas am höchsten Punkt des Ballons liegen, wenn man beachtet, dass am Füllansatz Außenluft und Füllgas denselben Druck besitzen.
d)
Erläutere, was also geschieht, wenn ein ganz oben angebrachtes Ventil geöffnet wird.
Mit steigender Höhe sinkt der Luftdruck. Wenn also der äußere Luftdruck, welcher auf den Ballon drückt, sinkt, so sinkt auch der innere Druck. Das Füllgas nimmt ein größeres Volumen ein und der Ballon nimmt eine prallere Form an.
b)
Breitet sich mit steigender Höhe und fallendem Druck das Gas im Inneren des Ballons weiter aus, so besteht die Gefahr, dass der Druck in dem Ballon weiter steigt bis dieser platzt. Um dies zu verhindern kann durch den Füllansatz Gas entweichen. Da die Gewichtskraft des Ballons erhalten bleibt, die Auftriebskraft durch das entweichende Gas aber abnimmt, steigt der Ballon nicht unendlich weiter. Es gibt also eine maximale Flughöhe, die der Ballon erreichen kann.
c)
Wenn am Füllansatz Außenluft und Füllgas denselben Druck haben, wird kein Füllgas aus dem Ballon entweichen. Die Außenluft und das Füllgas haben überall denselben Druck. Wäre der Außendruck größer, so würde der Ballon weniger Volumen einnehmen. Wäre der Füllgasdruck größer, so würde Gas aus dem Füllansatz entweichen. Somit sind die Drücke am höchsten Punkt im Gleichgewicht. Deshalb steigt der Ballon an diesem Punkt nicht weiter.
d)
Das Gasablassventil ist am höchsten Punkt des Ballons angebracht. Wird dieses geöffnet, so entweicht das leichte Füllgas aus dem Ballon. Weniger Füllgas bedeutet weniger Auftrieb. Da die Gewichtskraft des Ballons erhalten bleibt wird der Ballon sinken.
