Raumstation und Heliumballon

[Harald Maurer]

Man muss noch die Auftriebskraft (He/Luft) einbeziehen die gegen G-Kraft gerichtet ist.

In der Schwerelosigkeit innerhalb der Raumstation (oder beim Parabelflug etc.) gibt es keine Auftriebskraft mehr. Da wirkt - wie schon erwähnt - nur die Gezeitenkraft. Die Gravitation ist bei einem ausgedehnen Objekt nicht an allen Punkten gleich stark. Das verformt das Objekt und erzeugt Spannungen sowie Kräfte in Richtung zum gemeinsamen Massenschwerpunkt. Inwieweit das Objekt diesen Gezeitenkräften unterliegt bzw. darauf reagiert, hängt von seiner Stabilität, z.b. den Kohäsionskräften ab. Gäbe es die Gezeitenreibung zwischen Erde und Mond nicht, würde auch der Mond sich der Erde kontinuierlich nähern, wg. der Gezeitenreibung erhält der Mond aber einen stetigen Impuls, der ihn von der Erde wegtreibt. Bei einem He-Ballon innerhalb einer Raumstation ist das nicht der Fall. Er folgt der Gezeitenkraft spontan und zeigt das inhomogene Gravitationsfeld an. Auch die Raumstation selbst unterliegt derselben Kraft und muss daher ständig etwas angehoben werden. Bei der ISS, die nur in 350 km Höhe fliegt, spielt dabei aber auch der noch vorhandene Widerstand an Luft und Staub eine Rolle.
Man muss für den Grad der Gezeitenwirkung sowohl die Stabilität und Ausgedehntheit des Objektes als auch die unterschiedlichen Massenschwerpunkte der Systeme berücksichtigen. Deshalb wird der Effekt nicht bei jedem Objekt gleich stark ausfallen. Ein He-Ballon scheint hier ein ideales Versuchsobjekt zu sein.

Grüße
Harald Maurer

[rmw]

In der Schwerelosigkeit innerhalb der Raumstation (oder beim Parabelflug etc.) gibt es keine Auftriebskraft mehr. Da wirkt - wie schon erwähnt - nur die Gezeitenkraft. Die Gravitation ist bei einem ausgedehnen Objekt nicht an allen Punkten gleich stark.

Eine Auftriebskraft nicht im herkömmlichen Sinne, aber innerhalb der Raumstadion nimmt nach außen hin (von der Erde weg) die Gravitationskraft ab, für das gleiche Heliumvolumen weniger als für das gleiche Luftvolumen. Die Fliehkraft nimmt nach außen hin zu, bei der Luft mehr, beim gleichen Heliumvolumen weniger. Selbst bei einem ideal runden Ballon ohne Elasitzität,ist also der Ort wo sich Fliehkraft und Gravitationskraft aufheben, beim Heliumballon nicht exakt der Gleiche wie bei der umgebenden Luft, oder einem mit Luft gefüllten Ballon.
Verformung des Ballons, Reibung des Ballons in der Luft etc. vereinfachen die Dinge natürlich auch nicht.

rmw

[Kurt]

Man muss noch die Auftriebskraft (He/Luft) einbeziehen die gegen G-Kraft gerichtet ist.

Ja das auch noch!
Ein mit Luft gefüllter Ballon in der Luft macht die Sache einfacher.

rmw

Einfacher wirds dadurch nicht.
Denn der Ballon würde immer entweder nach oben oder nach unten triften.

Gruss Kurt

[Ernst]

Praktisch bewegt er sich gar nicht. Wie sich auch praktisch kein anderes Teil in der Raumstation bewegt. Es herrscht praktisch Schwerelosikeit und damit auch Auftriebslosigkeit.
Theoretisch bewegt er sich infolge des Gezeiteneffektes in die Schwerpunktebene der Station. Weil außerhalb des Schwerpunktes Auftrieb wirkt; auf der inneren Seite infolge Gravitationswirkung auf die Umgebungsluft; auf der äußeren Seite infolge Zentrifugalkraft auf die Umgebungsluft.

Ernst
.

[Trigemina]

Ein ausgedehnter Körper (z.B. die Raumstation) ist in ihrem Orbit um die Erde nur gerade an ihrem Massenschwerpunkt kräftefrei. An allen anderen Orten innerhalb der Raumstation wirken Gezeitenkräfte: aussen (von der Erde abgewandten Seite) dominiert die Zentrifugalkraft gegenüber der Gravitationskraft, innen (der Erde zugewandten Seite) dominiert die Gravitationskraft gegenüber der Zentrifugalkraft. Dies bewirkt auf beiden Seiten eine Druckerhöhung der Luft in der Raumstation, da aussen die leicht dominierende Zentrifugalkraft die Luft verdichtet und innen die leicht dominierende Gravitationskraft die Luft ebenfalls verdichtet, womit der He-Ballon (wie auch auf der Erde in ihrer Atmosphäre) allmählich in die Zone des geringsten Luftdrucks gelangt (gedämpfte Oszillation durch Luftreibungsverluste bis zum Stillstand), also zum Schwerpunkt der Raumstation.

Gruss

[Hannes]

Hallo Trigemina !

"Dies bewirkt auf beiden Seiten eine Druckerhöhung der Luft in der Raumstation, da aussen die leicht dominierende Zentrifugalkraft die Luft verdichtet und innen die leicht dominierende Gravitationskraft die Luft ebenfalls verdichtet, womit der He-Ballon (wie auch auf der Erde in ihrer Atmosphäre) allmählich in die Zone des geringsten Luftdrucks gelangt (gedämpfte Oszillation durch Luftreibungsverluste bis zum Stillstand), also zum Schwerpunkt der Raumstation. "

Sehr gut ! So stelle ich mir Physik vor:
Zuerst nachdenken und Argumente abwägen, dann erst zu rechnen
anfangen.Du kannst es doch !

Mit Gruß

Hannes

[rmw]

Ein ausgedehnter Körper (z.B. die Raumstation) ist in ihrem Orbit um die Erde nur gerade an ihrem Massenschwerpunkt kräftefrei. An allen anderen Orten innerhalb der Raumstation wirken Gezeitenkräfte: aussen (von der Erde abgewandten Seite) dominiert die Zentrifugalkraft gegenüber der Gravitationskraft, innen (der Erde zugewandten Seite) dominiert die Gravitationskraft gegenüber der Zentrifugalkraft. Dies bewirkt auf beiden Seiten eine Druckerhöhung der Luft in der Raumstation, da aussen die leicht dominierende Zentrifugalkraft die Luft verdichtet und innen die leicht dominierende Gravitationskraft die Luft ebenfalls verdichtet, womit der He-Ballon (wie auch auf der Erde in ihrer Atmosphäre) allmählich in die Zone des geringsten Luftdrucks gelangt (gedämpfte Oszillation durch Luftreibungsverluste bis zum Stillstand), also zum Schwerpunkt der Raumstation.

Es stimmt natürlich schon dass die Luft durch die Gezeitenkräfte außen dichter ist, nur ist das ein weiterer Effekt der den Auftrieb in Richtung Mitte verstärkt. Auftrieb wie er normalerweise verstanden wird, hat seine Ursache im Unterschied der Dichte zweier Medien, nicht im Unterschied der Dichte innerhalb eines Mediums. Ein Ball hat in einem Wasserbecken auf der Erde einen beträchtlichen Auftrieb, obwohl der Dichteunterschied des Wassers marginalster Natur ist. Der Unterschied zwischen der Dichte des Wassers und der Dichte der Luft ist nicht gering und bewirkt den Auftrieb wie er im Allgemeinen physikalisch definiert ist. Das freilich die Luft in Erdnähe dichter ist und damit der Auftrieb in Erdnähe größer ist als in einigen km Höhe ist zwar richtig, aber das ist eben ein weiterer Effekt, der eine Höhenabhängigkeit des Auftriebs bewirkt.

Ernst hat es damit ja bereits vorher auf den Punkt gebracht :

Praktisch bewegt er sich gar nicht. Wie sich auch praktisch kein anderes Teil in der Raumstation bewegt. Es herrscht praktisch Schwerelosikeit und damit auch Auftriebslosigkeit.
Theoretisch bewegt er sich infolge des Gezeiteneffektes in die Schwerpunktebene der Station. Weil außerhalb des Schwerpunktes Auftrieb wirkt; auf der inneren Seite infolge Gravitationswirkung auf die Umgebungsluft; auf der äußeren Seite infolge Zentrifugalkraft auf die Umgebungsluft.

Dass die ganzen Effekte bei einer Raumstadion marginalster Natur sind stimmt natürlich auch. Aber man kann sich ja eine größere Raumstadion vorstellen, sagen wir einige km groß, dann würden diese Effekte wohl allemal meßbar werden.
Ein weiterer Effekt wäre im Übrigen dass die Gravitation der Raumstadion auf den Ballon wirkt, und diesen, sobald er sich nicht mehr in Mitte befindet nach außen ziehen würde, vorausgesetzt die Masse der Raumstadion befindet sich hauptsächlich außen herum.

rmw

[rmw]

wie soll das alles gehen, wenn nach Newton a=ω²r bzw. a=v²/r? (a=Beschleunigung Richtung Zentrum der Kreisflugbahn)

Also was du damit sagen willst verstehe ich wirklich nicht.
Die Zentrifugalbeschleunigung a entspricht der Zetripedalbeschleunigung g, oder die Zetrifugalkraft entspricht Zetripedalkraft, die in diesem Falle durch die Gravitation dargestellt wird. Darüber besteht Konsens denke ich.

rmw

[Ernst]

Ich möchte damit sagen, dass eine Änderung der Flugbahn, also Bewegung auf einem unterschiedlichen Radius, ein unterschiedliches ω erfordert (bei gleicher Geschwindigkeit), oder anders ausgedrückt einer Geschwindigkeitsänderung 90 Grad dazu bedeutet, wenn a constant bleiben soll.

Was bastelst Du denn da? Die Lüftmoleküle haben auf der "äußeren" Seite eine größere Geschwindigkeit als auf der erdzugewandten Seite und damit auch eine größere Beschleunigung. Das bewirkt doch gerade der Gezeiteneffekt.

Gruß
Ernst

[Ernst]

Contenance bitte.

Bitte

Würde man sich den Heliumballon in einer reibungsfreien Umgebung vorstellen, dann würde er rotieren - ganz klar.

Ganz klar: nein. Rotiert der Mond?

Höherer Orbit bedeutet also weniger Geschwindigkeit bei gleicher Beschleunigung Richtung Zentrum des Orbits.

Richtig.
v=sqr(k*m_erde/r)

Das bedeutet aber, wenn man einen höheren Orbit erreichen möchte, dann wird man die Geschwindigkeit reduzieren müssen, um eine Beschleunigung in die richtige Richtung (in den höheren Orbit) zu erzielen.

Nicht richtig. Dann fällt er runter. Wie so mancher Satellit, dessen Geschwindigkeit sich infolge Luftreibung verringert. Man muß beschleunigen. Die dadurch erhöhte kinetische Energie wird dann durch Steigen auf eine höhere Umlaufbahn (höheres Potenzial) wieder abgebaut.

Gruß
Ernst