Gas leichter als Luft

Ich bin dabei, fliegende Kreaturen zu erschaffen, die groß genug sind, um darauf zu sitzen, aber es gibt ein Problem: Je größer die Größe, desto schwerer das Gewicht, je schwerer das Gewicht, desto schwieriger (oder sogar unmöglich) ist es zu fliegen. Und einige meiner Kreaturen haben 6 Gliedmaßen. Vor diesem Hintergrund erinnerte ich mich daran, dass es Gase gibt, die leichter als Luft sind, und dass Vögel hohle Knochen haben, die mit Lufteinschlüssen gefüllt sind, also kam ich auf die Idee, dass die hohlen Knochen meiner Kreaturen mit einem Gas gefüllt sind, das leichter ist als ihre eigenen. Kann eine Kreatur Knochen mit Gas füllen, das leichter als Luft ist?

Es muss ein Gas sein, das das Tier aus der Natur gewinnen oder mit seinem eigenen Körper produzieren kann, idealerweise ist es nicht giftig oder brennbar (stellen Sie sich vor, jemand schießt einen Feuerpfeil auf einen Pegasus und er explodiert). Wenn Sie können, können Sie mehr als ein Gas sprechen (wenn es Gase sind, die das Tier mit seinem Körper produziert, dann gibt es eine Alternative für Fleischfresser und Pflanzenfresser). Mein schwerstes Geschöpf kann maximal 450 kg wiegen.

Leider ist im Grunde jedes Gas, das leichter als Luft ist, brennbar, außer Stickstoff und ein oder zwei andere, an die ich mich nicht erinnern kann, die alle nicht direkt für das Leben, wie wir es kennen, nutzbar sind. Vielleicht lassen sich die stickstoffbindenden Mikroben irgendwie nutzen
Sie werden feststellen, dass alle Arten von Leichter-als-Luft-Flugzeugen (Heißluftballons, Blimps, Zeppeline, Wetterballons usw.) eines gemeinsam haben - sie sind alle sehr groß im Vergleich zu der Nutzlast, die sie anheben.
@Lemming Da Luft hauptsächlich aus Stickstoff besteht, kann Stickstoff nicht (mehr als ein kleines bisschen) leichter als Luft sein. Helium ist das kanonische Beispiel, aber es ist inert, was bedeutet, dass ein plausibles biologisches System es nicht konzentrieren könnte, selbst wenn es eine Quelle gefunden hätte
@Nuclear Hoagie, das Ziel ist nicht, das Tier nur mit Gas fliegen zu lassen, sondern es leichter zu machen, damit die Flügel nicht nur dekorativ sind.
Beispiel: Versuchen Sie, einem Pferd eine Flügelspannweite von 20 Metern hinzuzufügen und seine Knochen hohl zu machen. Es wird immer noch sehr schwer sein und die Flügel werden kaum etwas anderes als hübsche Verzierungen sein.
Das Füllen der Knochen mit Luft ist kontraproduktiv für das Ziel. Ein Vakuum ist das, was Sie brauchen. Ein hohler Knochen soll die Dichte des Tieres so weit wie möglich verringern. Ihre Haut ist dichter als Ihr Knochen.

Antworten (5)

Ja, aber das Gewicht des Tieres wird dadurch nicht wesentlich verändert.

Das Gas, das einem sofort in den Sinn kommt, ist Methan mit einer Molmasse von 16,04 g im Vergleich zu Luft mit 28,97 g/mol. Ein Mol nimmt bei Standardtemperatur und -druck 22,4 Liter ein, also wären 22,4 Liter Methan 13 g leichter als Luft.

Ein Albatros wiegt 7 kg, ich habe keine Schätzung für das Volumen der Knochen gefunden, aber ich denke, ein Liter ist eine Überschätzung. Wenn man davon ausgeht, würde Methan statt Luft nur 1/2 Gramm Unterschied zum Gesamtgewicht ausmachen.

Methan ist brennbar, aber da es in den Knochen eingeschlossen ist, der in Muskeln eingeschlossen ist, die mit brennbaren Federn bedeckt sind, glaube ich nicht, dass dies Ihr Hauptproblem ist.

Upvoted, aber warum nicht Wasserstoff oder Helium? Oder gar ein Vakuum? Auf diesen Skalen spielt es immer noch keine Rolle, aber die Verwendung des leichtesten, am häufigsten vorkommenden Materials oder gar nichts scheint der Antwort den größten Wert zu verleihen.
Ich kenne keinen biologischen Prozess, der elementaren Wasserstoff erzeugt, aber diejenigen, die Methan produzieren, sind bekannt. Ich kann mir nicht vorstellen, dass ein biologischer Prozess ein Vakuum erzeugen könnte.

Ist es nicht wert.

Die einzigen zwei Gase, die deutlich leichter als Luft sind, sind Wasserstoff und Helium.

Von den beiden bildet Wasserstoff in praktisch jeder Konzentration ein explosives Gemisch mit Luft, daher bleibt Helium übrig.

Helium ist ein Edelgas und wird durch nuklearen Zerfall erzeugt, indem Alphateilchen zwei Elektronen einfangen. Da es ein Edelgas ist, reagiert es nicht mit anderen Substanzen, und da es so leicht ist, ist es auch nicht in der Schwerkraft der Erde gefangen. Der einzig plausible Weg für Ihre Kreatur, es zu produzieren, wäre, sich von radioaktiven Substanzen zu ernähren.

Abgesehen von all diesen Problemen ist die Tragfähigkeit, die Sie möglicherweise erhalten, sehr gering: Basierend auf dieser Tabelle kann ein mit Helium gefüllter runder Ballon von 10 Zoll/25 cm nur 6 Gramm heben. Es ist einfacher für die Kreatur, leichter zu werden, indem sie ihren Darm entleert, bevor sie abhebt.

Nur aus Neugier, würde das Heben einer 80 kg schweren Person etwas mehr als 5700 normale Ballons erfordern

Selbst wenn das Gas, das Sie mit der Hand bewegen, so leicht wie ein Vakuum ist (im Gegensatz zu Wasserstoff, das ungefähr 1/14 der Dichte von Luft hat), werden beträchtliche Volumina davon benötigt, um genug Luft zu verdrängen, um eine Kreatur mit beträchtlichen Muskeln anzuheben. Knochen-, Organ- und Hautmasse.

Luft hat unter Standardbedingungen eine Masse von etwa 29 g für 22,4 Liter (das ist das Volumen von einem Mol, also hat sie eine Masse von einem Gramm für jede atomare Masseneinheit – und Luft mit 79 % Stickstoff, 20 % Sauerstoff und wenig Mengen an Kohlendioxid und Argon und Spuren anderer Dinge hat ein durchschnittliches Molekulargewicht von knapp über 29) - also abzüglich des Gewichts Ihres Traggases ist das größte Gewicht, das der Auftrieb heben kann.

Da Wasserstoff 2 g wiegt (und einen winzigen Bruchteil, der die sehr geringen Prozentsätze von Deuterium und Tritium in natürlichem Wasserstoff ausmacht) für das gleiche Volumen, kann ein 22,4-Liter-Volumen Wasserstoff etwa 27 g heben – einschließlich der Struktur, die den Wasserstoff enthält. Natürlich.

Aus diesem Grund sehen wir keine Tiere, die Wasserstoff zum Auftrieb verwenden. Für biologische Systeme ist es einfach, Wasserstoff zu produzieren, wenn er benötigt wird – aber die Menge an Wasserstoff, die benötigt wird, um einen Menschen mit etwa 75 kg zu heben, beläuft sich auf 22,4 x 75.000 = 1.680 Kubikmeter – das heißt, der Mensch müsste enthalten zusätzliche 1680 Kubikmeter Volumen, gefüllt mit Wasserstoff, ohne seine Körpermasse überhaupt zu erhöhen .

Selbst wenn Sie ein fiktives Traggas hätten, das keine Masse hat, würden Sie dieses Volumen nur ein wenig reduzieren; 29,5 g pro 22,5 Liter statt 27.

Dies ist völlig unmöglich (das Gewicht der Haut, um das Gas einzuschließen, würde den Auftrieb des Gases übersteigen) für jede Kreatur, die schwerer als ein Käfer von guter Größe ist – und viel schwerere Kreaturen können schneller fliegen, mit größerer Kontrolle und mehr heben. Nutzlast" mit Flügeln.

29 g für 22,4 Liter ist eine seltsame Art, 1,3 Gramm pro Liter oder 0,17 Unzen pro US-Gallone zu sagen. (Ja, das ist das Molvolumen, ich weiß.)
Nichts Ungewöhnliches daran, das Konzept einfach zu machen. Molekulargewicht = Gramm pro 22,4 L bei STP.
Ich weiß, dass. Aber ich denke trotzdem, dass Sie erklären sollten, warum Sie das scheinbar willkürliche Volumen gewählt haben. (Die meisten Leute erinnern sich nicht so genau an ihre Highschool-Physik oder -Chemie, selbst diejenigen, die auf eine Highschool gingen, wo solche Dinge gelehrt wurden.)
Guter Vorschlag, @AlexP - habe es getan.

Heißluft oder (noch besser) Dampf :

Heiße Luft ist ein Hebegas. Wasserdampf ist leichter als Luft. Kombiniere die beiden und was hast du? Dampf.

  • Zu dem spezifischen Thema des Einschließens von Hebegas in einem starren Gehäuse wie Knochen : Während es nicht unmöglich ist, eine biologisch abgeleitete starre Gas enthaltende Struktur zu haben, die aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen oder dergleichen besteht, um Vakuum oder Dampf bei Drücken unter dem Siedepunkt zuzulassen, Es ist biologisch weniger wahrscheinlich, und ich denke nicht, dass Sie diesen Weg gehen sollten, es sei denn, Sie sind nicht übermäßig besorgt über die Plausibilität. Die starrste Eindämmung wird die damit verbundenen Hebegase bei weitem überwiegen.

Dies kann sehr problematisch sein. Die größte Barriere besteht darin, eine Lebensform zu haben, die den Kontakt mit unter Druck stehendem Wasser am Siedepunkt tolerieren kann. Aber Lebensformen sind endlos kreativ. Es könnte eine dünne Materialschicht vorhanden sein, die den Organismus vor Hitze isoliert. Es könnte eine gewachsene, nicht mehr lebende Struktur sein, die einen natürlichen, versiegelten, hitze- und druckbeständigen Beutel bildet. Die frühesten Heißluftballons bestanden aus Papier und Seide , daher vermute ich, dass ein vernünftiges Material gezüchtet, extrudiert oder auf natürliche Weise hergestellt werden könnte, das funktionieren würde. Oder der ganze Organismus könnte an hohe Innentemperaturen angepasst werden.

Dann müssen Sie in der Lage sein, viel Wärme zu erzeugen. Dies könnte bedeuten, dass der Organismus tatsächlich irgendwie Feuer entzündet und die erzeugte Wärme nutzt, ODER dass der Organismus seinen eigenen Brennstoff produziert (der selbst ein Traggas sein könnte, das den Prozess rationalisiert). Biologisch gesehen kann Wasserstoffperoxid schnell zu Dampf verstoffwechselt werden ( danke Logan R. Kearsley ).

Das Tier kann auch Mittel zur externen Verdauung/Fermentation haben, brennbare Gase in einem externen Speicher (wie einem riesigen gewachsenen Ballon ...) einfangen und die Notwendigkeit beseitigen, eine große Menge unverdauter Nahrung mit sich herumzutragen, während gleichzeitig eine Versorgung mit Methan bereitgestellt wird entweder zum Verbrennen oder als LTA-Gas. Es gibt nichts zu sagen, es muss nur das eine oder andere sein.

Aber nichts hindert Ihren Organismus daran, wie eine riesige Paradefigur auszusehen – groß, aufgebläht, unmanövrierbar, mit vielen langen kleinen Gliedmaßen, die Interaktion ermöglichen. Der Vorteil ist, dass Ihr Organismus, wenn er nicht ständig fliegt, insbesondere wenn die Wärme von einer externen Quelle stammt, immer Dampf ablassen kann (möglicherweise auch als Verteidigungs- oder Angriffsform) und ein Tier wird, das schwerer als Luft ist nochmal.

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Der einfachste Weg, Dampf biologisch zu erzeugen, besteht darin, zuerst Wasserstoffperoxid zu produzieren und dann seinen Zerfall zu katalysieren. Das machen zum Beispiel Bombenkäfer.

Ein anderer Ansatz ... Eine Anti-Lunge.

Ein Organ in der Kreatur, das im Ruhezustand kollabiert und sich bei Kontraktionen der umgebenden Muskeln zu einem Vakuum ausdehnt. Ein Vakuum ist das Aufregendste, was Sie in einer Atmosphäre bekommen, obwohl Sie immer noch eine relativ große Menge an verdrängtem Raum benötigen, damit es wirklich effektiv ist.

Es gibt auch das Problem der Osmose und verschiedener anderer Gas- und Flüssigkeitsübertragungsmechanismen, die Organismen haben, die dazu führen, dass die Anti-Lunge nicht lange leer bleibt, selbst wenn sich eine Kreatur damit den Flug erleichtern könnte. wird nicht für immer wirksam bleiben.

Ein anderer anderer Ansatz ...

JEDE Zelle der Kreatur ist (irgendwie) teilweise Ballon. Jede Zelle hat nur ein winziges Stück davon, um ein tatsächlich nützliches Rädchen der Stoffwechselmaschine zu sein, während der Rest ihres (erweiterten) Volumens tatsächlich entweder (1) leerer Raum oder (2) eine Konzentration von Methan oder Wasserstoff oder irgendein anderes LTA ist Gas. Dies hätte zwei Auswirkungen, nämlich dass die Kreatur am Ende viel größer wäre, als ihr Gewicht vermuten lässt, und dass die gesamte Kreatur von Natur aus schwimmfähig wäre und größere Flügel, stärkere Muskeln, hohlere Knochen usw. für eine größere fliegende Kreatur bilden würde ein wenig unnötig, da sein eigenes Volumen das ganze schwere Heben dafür erledigen würde.

Leider würde dies zu einer relativ matschigen Kreatur führen, und je nachdem, ob die Zellballons Vakuumräume oder Gastaschen sind, könnte es auch zu einer lächerlich explosiven Kreatur werden, aber hey, es ist eine (wenn auch unwahrscheinliche) Option.

Siehe meine Antwort - immer noch zu groß, mehr als 14000 Liter , um 75 kg zu heben.
@ZeissIkon Du sagst also, du willst keinen Drachen, der sich mit zwei Anti-Lungen-Ballons als Flügel anhebt und seinen Schwanz als Propeller benutzt? Wie absurd... XD
Ich sage, ich hätte weniger Probleme, den Unglauben aufzuheben, wenn Sie einfach sagen, dass es magisch schwebt.
Dies schränkt die Spezialisierungsfähigkeit der Zellen von Zelle zu Zelle stark ein und viel Masse wird von den Zellmembranen aufgenommen. Ich vermute, weiß aber nicht, dass die Muskelmasse, die zur Erzeugung eines Vakuums benötigt wird, schwerer wäre als der Auftrieb aus dem Vakuum.