Physik Forum

[mariokolb]

Hallo Zusammen,

bin kein Physiker, benötige jedoch die ein oder andere Info, zu einem Versuchsprojekt, welches ich umsetzen möchte.

Die Aufgaben-/Fragestellung für mich ergibt sich aus folgendem Sachverhalt:

Es geht um einen Schlauchkörper (wie vom Schlauchboot)von 8 Meter Länge mit einem Durchmesser von 0,7 Meter, der mit einem Luftüberdruck von 200/300/1000 mbar, auf der Wasseroberfläche schwimmt.

Wenn das hier gegebene Volumen von ca. 3 m³, bei einem Überdruck von 200 mbar = 3,6 m³ , bei 300 mbar = 3,9 m³ und bei 1000 mb/1 bar = 6,0 m³ Luft beträgt, beträgt dann der gewonnene Auftrieb bei max. Belastung gleich der m³-Luftmenge in Tonnen Gewicht?

Ungeachtet hiervon:

Ist generell davon auszugehen, dass die Auftriebskraft zunimmt, wenn der Druck von oben auf den Schlauchkörper erhöht wird? Und wie verändern sich die Druckkräfte wenn der Schlauchkörper durch die Wasseroberfläche hindurch unter Wasser gedrückt wird?

Wie wäre der Rechenweg zur Berücksichtigung der unterschiedlichen Dichte, bzw. des hierdurch bedingt geänderten Auftriebsverhaltens, bei Süß- und Salzwasser?

'Und last but not least.......läßt sich der Auftrieb durch Einsatz -unter gleichen Bedingungen wie oben- von anderen Gasen als unser Luftgemisch evtl. noch erhöhen?

Ich hoffe und vertraue auf hilfreiche Antworten......

mit Dank & Gruß

M. Kolb

[Fritz]

Hallo

Also ganz grundsätzlich berechnet sich der Auftrieb eines Körpers durch die Gewichtskraft des Mediums das er verdrängt.

Also einfach das Volumen des eingetauchten Körpers mal der Dichte des Mediums mal Erdbeschleunigung.

Das gilt für alle flüssigen und gasförmigen Medien, also auch Luft!

D.h. genau genommen hat dieser Luftschlauch sowohl in der Luft als auch im Wasser einen gewissen Auftrieb, je nach dem wie viel gerade in der Luft und wie viel im Wasser ist.

Außerdem hat auch die Luft im Schlauch neben der Hülle eine gewisse Gewichtskraft, die den Auftrieb zum Teil kompensiert.

Abhängig vom Druck im Schlauch hat die Luft darin eine etwas höhere Dichte als die außerhalb.

Da die Dichte der Luft aber insgesamt recht gering ist (etwa 1.2kg/m³ unter Normalbedingungen) lässt man den Einfluss der Luft auf den Auftrieb und das Gewicht normalerweise weg und berücksichtigt nur das Wasser. Das führt zu der bekannten 'Daumenregel': 1m³ entspricht 1t Auftrieb. Das stimmt zwar nicht genau aber halt fast.

[mariokolb]

Hallo Fritz,

vielen Dank für Deine Ausführungen, die mich in meinen Überlegungen schon einen Schritt weiter bringen. Das Gewicht der Luft an sich, wie auch des Schlauchkörpers, ist, wie Du schon anheimstellst, tatsächlich zu vernachlässigen.

Ich gehe auch nicht von dem benannten Normkubikmeter aus, sondern wie Du auch, davon, dass -im gegenständlichen Beispiel- 3 m³ Luft ca. 3 to Gewicht tragen könnten.

Dies würde bedeuten, dass ich in ein Schlauchboot, welches zwei Schlauchrümpfe a 8 Meter Länge mit 0,7 Meter Schlauchdurchmesser, ca. 6 m³ Luft bekäme und somit (wenn ich das Eigengewicht von ca. 500 kg abziehe) ca. max. 5,5 to zuladen könnte.

Wenn ich nun in diesem Beispiel den Luftdruck auf 1 bar erhöhe (besser find ich das alte atü) und in die gleichen Schlauchkörper somit knapp 12 m³ Luft presse, beträgt der Auftrieb, respektive die Zuladung, dann auch ca. knapp 11,5 to???

Das Volumen des Schlauchkörpers bleibt dabei -annähernd- gleich, da Hypalon oder Dexgewebe sich kaum dehnt. Ich -als Laie- vermute mal, dass der Auftrieb zum Teil infolge der reingepumpten (Press-) Luft zu schulden ist, aber auch dem geometrischen Körper des Schlauches.

Da dieser Körper sich jedoch kaum ändert in seinen Dimensionen, stellt sich mir die Frage, welche -auftriebsrelevanten- Auswirkungen haben bei zunehmenden eintauchen (durch Lasterhöhung) die Luftdrücke innerhalb der Schläuche?

Anders ausgedrückt: Ein normaler Fender vom Boot ist meist mit normalem (Umgebungs-) Luftdruck aufgepumpt und schwimmt auf der Wasseroberfläche. Wie verhält sich dessen Auftriebskraft, je weiter er unter Wasser gedrückt wird? Erhöht sich der Auftrieb je tiefer ge gedrückt wird? Wenn ja, trifft dieser Effekt dann -evtl. auch exponenziell- auf höhere Luftdrücke (z.B. 1 Atü) zu?

Du schreibst folgerichtig, dass je nach zugelegter Last, der Schlauchkörper so weit(er) einsinkt, bis das nunmehr verdrängte Volumen und somit zunehmenden Auftriebs, die zugelegte Last kompensiert. Klar, wenn der Schlauch untertaucht ist der max. Auftrieb erreicht/überschritten, doch tritt auf dem Weg zum Gewässerboden dann nicht auch in irgendeiner (bestimmbaren?) Tiefe eine Art "schwebezustand" ein, denn ich vermute mal, dass die unterschiedlichen Drücke (Wassertiefendruck, Luft-(über-)druck im Schlauch) irgendwie miteinander korrelieren?

Letzten Endes läuft meine Frage darauf hinaus, ob ich z.B. in obengenanntes Schlauchboot mit ca. 6 m³ Luftinhalt (bei Umgebungsdruck) statt der Verdrängungstheoretisch möglichen 5,5 to Zuladung, letztlich die Zuladung auch verdoppeln kann, wenn ich das Luftvolumen, also den Druck im Schlauch, verdoppel?

Ich danke Dir jedenfalls für Deine Antwort und hoffe, Du kannst mir abschließend Auskunft geben. Bist Du Physiker?

Mit Dank und Gruß

Mario

[Fritz]

Hallo

Nein, ich bin kein Physiker. Ich studiere Mechatronik. (Das Wort Physik wird aber allzu oft mit dem gleichgesetzt was man in der Schule im Physikunterricht lernt. Das ist aber IMHO für Physiker längst nicht mehr interessant.)


Du scheinst bei deinen Überlegungen ständig davon auszugehen, dass bei einer Verdoppelung des Druck mit einer Verdoppelung des Volumens einhergeht. Das stimmt allerdings nur in den aller seltensten Fällen, und besonders in diesem Fall nicht! Der Zusammenhang zwischen Druck und Volumen ergibt sich in diesem Fall rein aus der Elastizität der Hülle!

Die Hülle des Schlauchs ist wie du schreibst sehr starr, es bringt also kaum etwas den Druck weiter zu erhöhen. Für den Auftrieb sind ja alleine die äußeren Abmessungen der Hülle verantwortlich.

[Frank]