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Inhaltsverzeichnis
Pyhsikalische Betrachtung von Ballons mit geringer Auftriebskräfte
Das physikalische System aus Ballon und Nutzlast ist wegen seiner genauen Abstimmung und hohen Sensitivität auf Umwelteinflüsse nicht leicht beherrschen. Hier werden verschiedene Problemfelder vorgestellt, modelliert und deren Signifikanz und Lösung diskutiert.
Float-Vorgang
Befüllung in Räumen mit anderer Lufttemperatur
Kritisch für den Missionerfolg ist das korrekte Einstellen der resultierenden Auftriebskraft. Beim geplanten Start von 0x06 - 4.7.2015 bei etwa 0°C Außentemperatur wurde der Einfluss der Temperaturverhältnisse auf den Auftrieb diskutiert.
Beobachtung
Ein Testballon wurde im etwa 25°C warmen Raum gefüllt und wurde zum Tragen der Testnutzlast (~35g) recht prall. Um das GPS für eine Demonstration einrasten zu lassen, wurde der Ballon kurz nach draußen (0°C) getragen, woraufhin er sichtbar schlaff wurde.
Vermutung / These
Das Gas zieht sich entsprechend $\frac{V}{T} = const$ zusammen, der eingestellte Auftrieb sinkt enorm und die Verhältnisse stimmen hinten und vorn nicht mehr.
Betrachung
Wenn davon ausgegangen wird, dass der Ballon nicht prall ist, aber von der Umgebungsluft abgeschlossen ist, kann $\frac{V}{T} = const$ als korrekt angesehen werden. Es errechnet bei Abkühlung von 25°C auf 0°C ein Volumenunterschied von vier Litern (Annahme: $V_{25} = 60 l$). Die Schlussfolgerung, dass nun der Auftrieb um etwa 4g sinkt, ist allerdings voreilig: Der Auftrieb ist proportional zu Dichte und Volumen des verdrängten Mediums, die Dichte kalter Luft ist allerdings signifikant größer als die warmer Luft (http://de.wikipedia.org/wiki/Luftdichte#Temperaturabh.C3.A4ngigkeit). Es finden als gegenläufige Prozesse statt: Das Abkühlen des Gases und die damit einhergehende Volumenabnahme verkleinern den Auftrieb, die größere Dichte der Luft vergrößert ihn. Durch Berechnung der jeweiligen Auftriebskräfte lässt sich ganz und gar eine Vergrößerung des Auftriebs um etwa ein Gramm feststellen.