Warum bewegt sich ein mit Helium gefüllter Ballon in einem Auto vorwärts, wenn das Auto beschleunigt?

Ich bemerkte, dass, als ich einen mit Helium gefüllten Latexballon in meinem Auto hatte, er sich in der Kabine vorwärts bewegte, als ich vorwärts beschleunigte. Je schneller ich vorwärts beschleunigte, desto schneller flog der Ballon von der Rückseite des Autos zur Vorderseite des Autos. Der Ballon hatte keine Schnur. Dies wurde ein Spiel mit meinem 4-Jährigen, als wir nach Hause fuhren. Wir fanden heraus, wohin der Ballon fliegen würde, basierend darauf, wie schnell ich beschleunigte, um Kurven bog usw. Ich erwartete, dass er sich ähnlich wie das Wasser in einem Becher verhalten würde, aber es schien das genaue Gegenteil zu sein. Welche Kräfte haben dieses Verhalten verursacht? Ich nahm an, dass es etwas mit der Strömungsdynamik in der geschlossenen Kabine zu tun hat, aber ich kann es nicht herausfinden.

Auftrieb. Die Luft in Ihrem Auto bewegt sich nach hinten und erhöht den Druck auf der Rückseite des Autos, sodass der Ballon nach vorne schwebt. en.wikipedia.org/wiki/Auftrieb
Noch mehr Spaß macht es, wenn Sie ein kleines Gewicht an einer Schnur vom Ballon hängen ... Nicht groß genug, um den Ballon zu "senken", aber es zeigt "unten" für den Ballon an
Nach der Allgemeinen Relativitätstheorie sind Gravitation und Beschleunigung nicht zu unterscheiden . Wenn also der Ballon in einem Fall in die entgegengesetzte Richtung geht, muss es in dem anderen so sein.
mit anderen Worten: in einem beschleunigenden Fahrzeug ist der Gravitationsvektor g → v e h = g → e a r t h − a → v e h
Eine einfachere Möglichkeit, sich die beteiligten Kräfte vorzustellen, wäre vielleicht die Verwendung einer Flasche, die bis auf eine Luftblase mit Wasser gefüllt ist. Dann ergibt es intuitiv Sinn, dass sich die Blase entgegen der Beschleunigung bewegt.
Wenn Sie an Wasser in einer Tasse denken, vergessen Sie nicht, dass sich oben in der Tasse auch Luft befindet.
Dieses Thema wurde kürzlich in einem Smarter Every Day-Video behandelt: youtube.com/watch?v=y8mzDvpKzfY

Antworten (8)

Es bewegt sich in einem beschleunigenden Auto aus dem gleichen Grund vorwärts statt rückwärts, aus dem ein Heliumballon unter dem Einfluss der Schwerkraft nach oben statt nach unten fliegt. Warum ist das so?

In einem beschleunigenden Auto kann die Beschleunigung in jeder Hinsicht als Änderung der Größe und Richtung der Schwerkraft betrachtet werden, von gerade nach unten zu nach unten und rückwärts gerichtet. Der Ballon weiß nicht und kümmert sich nicht darum, ob die Beschleunigung von der Schwerkraft oder von der Beschleunigung des Autos kommt; es versucht nur, sich in die Richtung zu bewegen, in die es sich natürlich bewegt, nämlich gegen die Richtung der Beschleunigung. So bewegt es sich beim Beschleunigen nach vorne. Hoffentlich finden Sie diese Erklärung intuitiv zufriedenstellend.

Eine andere rigorosere Möglichkeit, das Problem zu betrachten, ist die Lagrange-Minimierung. Der Ballon kann als ein Objekt niedriger Dichte angesehen werden, das in eine Flüssigkeit höherer Dichte eingebettet ist, die innerhalb der Begrenzungen des Autos eingeschlossen ist. Unter dem Einfluss der seitwärts gerichteten Schwerkraft nimmt die potentielle Energie des Gesamtsystems ab, je weiter vorne sich der Ballon befindet. Da die Kraft der Potentialgradient ist, versucht der Ballon, sich vorwärts zu bewegen.

Die Erklärung ist ziemlich gut, aber ich würde folgendes hinzufügen: Wenn Ihr Auto vorwärts beschleunigt, ändern sich die Drücke so, dass am Ende des Autos der Druck höher ist als am Anfang. Und wie DumpsterDoofus erklärte, beeinflusst die Schwerkraft den Druck ähnlich (höher, je näher Sie der Mitte kommen). Aber der Ballon will nicht "gegen" die Beschleunigung, sondern einfach in den unteren Druckbereich, der vor dem Auto liegt.
Ja, ich habe nicht einmal an das Druckbild gedacht, als ich die Frage sah, obwohl es für viele Leute zweifellos gleichwertig und wahrscheinlich intuitiver ist als meine Erklärung; Das erste, was mir visuell in den Sinn kam, war die Lagrange-Minimierung.
Ich glaube nicht, dass sie gleichwertig sind. Wir haben keinen Druckunterschied in der Erdatmosphäre. Ich denke, dass die Erklärung von DumpsterDoofus allgemeiner ist. Sie brauchen den Gradienten nicht, damit der Ballon antigravitiert. Es „antigravitiert“ aus dem gleichen Grund wie wir es in der Atmosphäre haben: Die gewöhnliche Luft ist schwerer als Helium und wird daher stärker angezogen. Den Druckgradienten brauchst du nicht. Ich kann sagen, dass die Anziehungskraft den Druckgradienten kompensiert, welcher auch immer vorhanden ist. Der Druckgradient spielt also keine Rolle.
Sie sagen nichts über Druckunterschiede, wenn Sie die Phänomene von Öl auf der Wasseroberfläche oder dem Abheben von Heliumballons erklären.
@Val, natürlich haben wir einen Druckunterschied. Die Atmosphäre in der Höhe hat einen niedrigeren Druck als die Atmosphäre auf Meereshöhe. Dies geschieht WEGEN der Schwerkraft - keine Schwerkraft, kein Druckunterschied (oder Atmosphäre für diese Angelegenheit). Die Erklärung von DumpsterDoofus ist genau richtig, wenn man sie aus der Sicht einer leicht physikalisch gebildeten Person betrachtet. Die Beschleunigung induziert einen Schwerkrafteffekt, der den Druckunterschied erzeugt, der Auftriebskräfte auf den Ballon ausübt.
Sagen Sie Ihren Kindern, dass Butter auf der Wasseroberfläche schwimmt, weil es einen "Druckunterschied" gibt, oder verwenden Sie den "physischen Standpunkt", indem Sie sagen, dass Butter leichter ist? Warum antwortest du mir, ohne meinen Kommentar zu lesen? Warum will man aus den Kids, die erst mal Physiker sind, dumme Laien machen? Der schwere Körper fällt trotz Ihres "Druckunterschieds" durch die Atmosphäre, BTW.
@Val: Es tut mir leid, aber Pranav hat diesbezüglich mit ziemlicher Sicherheit Recht. Ich bin auch etwas verblüfft darüber, warum Sie glauben, dass es keinen Druckunterschied in der Atmosphäre gibt; Ich dachte, das wäre naturwissenschaftliches Wissen der Mittelschule.
Warum braucht man die Schule, wenn man logisch argumentiert, dass Steine ​​fliegen müssen?
@Val: Sie scheinen einige sehr seltsame Missverständnisse darüber zu haben, wie Druck und Auftrieb funktionieren, wie die Tatsache zeigt, dass Sie glauben, dass das Vorhandensein eines Druckgradienten in der Atmosphäre bedeuten würde, dass Felsen spontan schweben sollten. Sie können mehr über Druckeffekte in einem Kurs in Strömungs-/Festkörpermechanik oder in allgemeinen Wissenschaftsbüchern erfahren.
@Val, ja, Steine ​​​​könnten schweben, vorausgesetzt, die auf sie wirkende Auftriebskraft war größer als das Gewicht, das sie nach unten zog. Was ich damit sagen wollte war: Für einen Laien macht die Erklärung von Druckunterschieden sofort Sinn, während das Konzept "scheinbare Schwerkraft durch Beschleunigung" etwas Erklärungsbedürftig ist. Verzeihen Sie mir, wenn ich Sie beleidigt habe, ich wollte Ihre Expertise überhaupt nicht in Frage stellen.
@DumpsterDoofus Ich habe keine falschen Vorstellungen. Ich sage, dass die Aussage, dass "Druck die Levitation erklärt", falsch ist. Der Ballon hebt sich, weil er leichter ist , als dass es einen Druckgradienten gibt. Ich verstehe nicht, warum die einzig wahre Erklärung "leichter" allein funktioniert, ohne Druck, wenn Sie stillstehen, und Sie müssen den "Druck" -Aspekt mit sich bringen, wenn Sie im Auto beschleunigen. Ich glaube nicht, dass mir das Buch über Fluid- / Festkörpermechanik das erklären wird, insbesondere haben Sie die Antwort, dass der Effekt im Auto absolut gleich ist.
@Val, der Ballon steigt, weil der höhere Druck geringer ist als der Druck in niedrigerer Höhe (und die resultierenden Auftriebskräfte natürlich geringer sind als sein Gewicht). Stellen Sie sich vor, Sie befinden sich in einer schwerelosen Umgebung (wodurch der atmosphärische Druckgradient eliminiert wird). Der Ballon würde in diesem Fall überhaupt nicht aufsteigen.
@Val: Wenn Sie sagen, dass "Druck erklärt Levitation" falsch ist, dann haben Sie in der Tat ein Missverständnis. Die stationäre Lösung für ein gleichmäßiges komprimierbares Fluid in einem geschlossenen Bereich, das eine konstante Beschleunigung erfährt, ist eine Gaskonfiguration mit einem konstanten Druckgradienten in der entgegengesetzten Richtung der Beschleunigung. Also das Integral ∫ ∂ Ω p I ⋅ n d S über der Ballonoberfläche ergibt eine Kraft in die entgegengesetzte Richtung des Druckgradienten und ist der Ursprung der Auftriebskraft. Daher sind meine Antwort und Pranavs Antwort gleichwertig.
Es besteht keine Notwendigkeit, den Druck auszuüben. Es wird nicht angehoben, nur weil es in dieser Richtung nicht leichter ist. Das heißt, Druck erklärt nichts. Gewicht erklärt alles. Wenn Sie erklären möchten, warum leichtere Dateien oben sind, argumentieren Sie besser in Bezug auf die Verschiebung, physical.stackexchange.com/a/86795/16114 . Andernfalls sollten die Steine ​​fliegen.
@Val, hier noch ein Erklärungsversuch: Wie definierst du "oben"? Ich könnte sagen, "oben" ist die Richtung, in die ich gehen müsste, um auf einen Druckabfall einer stationären Flüssigkeit zu stoßen.
@PranavHosangadi Kinder und ungebildete Physiker spüren eher die Schwerkraft als den Druck (Gradienten). Es ist offensichtlich, dass schwerere Körper schnell nach unten gehen, leichtere langsam und sehr leichte, leichter als Luft, nach oben gehen. Leichtere Dinge wirken antigravitativ. Das ist sogar für die Kinder völlig offensichtlich und genau das hatte dumpster als Antwort. Ihr Druck ist nicht sichtbar und es impliziert, dass Steine ​​​​fliegen können. Sagen Sie einfach, dass schwerere stärker angezogen werden und die leichteren in die Höhe vertreiben.
Ich habe auch nachgeschaut gravity separationund da steht nur über das Gewicht: schwerer/leichter. Schwerkrafttrennung wird niemals mit Druck erklärt. Ich nehme an, das liegt daran, dass das Erklären in Form von Druck schwierig, schlecht und unvollständig ist.
@Val: Ich habe nicht den Platz, um in einem Kommentarabschnitt eine vollständige fluidstatische Ableitung des Auftriebs durchzugehen. Druck und gleichmäßige Beschleunigung sind in geschlossenen Bereichen eng miteinander verbunden. Druck ist der Grund, warum Sie in einem Schwimmbad fast schwerelos werden. Druck ist eine völlig äquivalente Art zu sehen, warum sich der Ballon vorwärts bewegt. Sie greifen Pranav immer wieder an, indem Sie idiotisch wiederholen, dass Druckgradienten implizieren, dass Steine ​​fliegen können, und meine einzige Antwort ist, dass Sie keine detaillierte Analyse machen, wenn Sie zu dieser Schlussfolgerung kommen.
@Val Der Druckgradient übt auf alles eine Aufwärtskraft aus. Das Helium entzieht der Schwerkraft nur weniger Kraft, so dass die Aufwärtskraft stärker ist. Dies liegt daran, wie leichtes Helium mit dem Druckgradienten kombiniert wird, was zu einer Netto-Aufwärtskraft führt. Der Schlüssel ist, dass AUFWÄRTSKRAFT KEINE LEVITATION IMPLIZIERT
Wasser drückt Öl in die oberen Schichten, weil Öl leichter ist, nicht weil es einen Druck gibt. Der Gewichtsbegriff beinhaltet bereits alle Druckdaten. Der Druck beinhaltet nicht den Gewichtsaspekt. Sie brauchen keinen Druck, um zu erklären, warum leichte Objekte schweben. Gravitationstrennung wird nie mit Druck erklärt.
@Val: Wasser drückt ein Öltröpfchen aufgrund des Drucks nach oben. Diese Tatsache hängt eng mit ihrer Dichte zusammen. Gravitationstrennung kann durch Druck erklärt werden.
@Val, in Gegenwart eines Gravitationsfeldes WIRD in einem Flüssigkeitskörper ein Druckgradient auftreten. Jedes Objekt, das innerhalb des Flüssigkeitskörpers enthalten ist, erfährt daher eine Auftriebskraft. Ob es schwimmt oder nicht, hängt davon ab, ob der Auftrieb das Gewicht überwinden kann.
Bitte führen Sie keine langen Kommentardiskussionen auf der Hauptseite. Fühlen Sie sich frei, dies fortzusetzen, indem Sie einen Raum im Physik-Chat erstellen .
@DumpsterDoofus Luft und Wasser drücken die Steine ​​aufgrund des Drucks nach oben. Dies kann jedoch nicht erklären, warum sie fallen und sinken. Daher wird die Gravitationstrennung mit Gewichten anstelle von Druck erklärt.
@Val: Wie Manishearth sagte, muss diese Diskussion aufhören. Wenn Sie darüber weiter chatten möchten, stehe ich Ihnen ab 19 Uhr US Eastern Time im PSE-Chat zur Verfügung.
'-1' Angenommen, der Beobachter steht am Gehweg und beobachtet den Ballon im Auto, der in die Richtung beschleunigt, in die das Auto gem. . Für diesen Beobachter hat sich die Schwerkraft nicht verändert. Der Ballon sollte also nicht vorwärts beschleunigen. Aber es tut.
Dies ist eine ziemlich faszinierende Diskussion und hat mir klar gemacht, dass ich nicht wirklich verstehe, wie die durch Verschiebung verursachte schwebende Kraft funktioniert. Ich bin absolut nicht davon überzeugt, dass es an einem Druckgefälle im Trägermedium liegt. In Bodennähe muss der Druckgradient winzig sein.
@benjohn (Ich weiß, das ist Jahre später, könnte aber für Leser nützlich sein) Wasser ist ziemlich schwer und hat einen merklichen Druckgradienten. Luft nicht so sehr, aber das ist nur ein Teil des Bildes. Der Grund, warum die Auftriebskraft vom Volumen abhängt, liegt darin, dass die Nettokraft aufgrund des Druckgradienten (Kraft = Druck × Fläche) umso größer ist, je breiter das Objekt ist, sodass das Volumen der verdrängten Flüssigkeit die Nettokraft für ein geschlossenes Objekt bestimmt. Und je schwerer die Flüssigkeit, desto höher der Druckgradient, also mehr Kraft. Es funktioniert genauso wie das Archimedische Prinzip (Kraft = ρ g V )

Wenn Ihr Auto vorwärts beschleunigt, bewegt sich die Luft im Inneren relativ zum Auto zurück. Dadurch entsteht im Fahrzeugheck ein leichter Überdruck und vorn ein Unterdruck.

Da Helium leichter als Luft ist, entfernt es sich aus dem Hochdruckbereich. Ein ähnlicher Ballon gefüllt mit C Ö 2 zurückbewegen würde, da es schwerer als die umgebende Luft ist

Sieht so aus, als müsste ich ein paar verschiedene Ballons haben, die mit Gasen unterschiedlicher Dichte gefüllt sind, um das dem angehenden Wissenschaftler auf dem Rücksitz vollständig zu erklären.
Wenn der Ballon mit einem Gas gefüllt ist, das schwerer als Luft ist, schwebt er natürlich nicht, sodass er nicht wie der Heliumballon herumlaufen kann. Aber man könnte es am Dach aufhängen.
Ich bevorzuge Ihre Antwort - als würden Sie es Ihrer Großmutter erklären, wie der alte Einstein sagte :-)
@Heliac Diese Antwort besagt, dass Steine ​​​​fliegen sollten, weil in den Höhen ein geringerer Druck herrscht. Der Druckaspekt ist also eine unvollständige Antwort. Andere Antworten sind besser, weil sie nur sagen, dass schwerere Dinge stärker gravitieren und die leichteren zur Antigravitation vertreiben. Einstein war Occamist und konnte nie sagen, dass wir Druck ausüben sollten, da er für Laien unverständlich ist und nichts erklärt. Ihre Kinder werden verstehen, dass leichtere Dinge langsamer fallen und sehr leichte Dinge hochfliegen. Aber sie werden den Druck nicht verstehen und er wird nie zur Erklärung der Gravitationstrennung verwendet.
@Val, leichtere Dinge fallen langsamer ? Das ist nicht wahr.
Meine Kinder glauben nicht, dass leichtere Dinge langsamer fallen. Nur für das Protokoll.
Pranav, bitte sei nett.
lol, @Manishearth, wie ich sehe, hast du dafür gesorgt. Ich werde in Zukunft :P
@ user33986 Aristoteles hatte gelehrt: that heavy objects fall faster than lighter ones, in direct proportion to weight. Glauben Sie, dass er ein Idiot war? Nein, das sind Ihre Kinder, die die offensichtlichen Dinge nicht sehen. Es ist sinnlos, mit ihnen über das Verhalten des Ballons im Auto zu diskutieren. Ich vermute, dass Sie ihre Intuition einfach mit dem Gesetz von Galileos überladen haben, so dass sie angehalten haben, um die offensichtlichen Dinge zu sehen und die Fallgeschwindigkeit zu korrigieren, als ob es keine Atmosphäre gäbe. Andere haben einfach Augen, um zu sehen, dass Federn langsamer fallen als Hammer.
@Val Wenn ich eine Million Federn fallen lassen würde, wäre es schwerer als der Hammer, aber viel langsamer fallen. Daher fallen schwerere Dinge langsamer als leichte!
@Val, Was wäre, wenn ich in Bezug auf Aristoteles "Lehren" eine Kugel aus Eis und eine Kugel aus Blei fallen lassen würde, die beide eine identische Form haben? Wer würde zuerst auf dem Boden aufschlagen?
@PranavHosangadi natürlich berührt der schwerere Ball zuerst den Boden. Der identische Ball, gefüllt mit Vakuum oder Heilum, wird den Boden überhaupt nicht berühren.
@Val: Aristoteles Aussage über fallende Geschwindigkeiten ist seit dem 17. Jahrhundert als völlig falsch bekannt. Ich finde es unmöglich zu glauben, dass Sie tatsächlich ein Konto auf dieser Seite haben und an solch bizarren, alten mittelalterlichen Vorstellungen festhalten. Nochmals, ich schlage vor, dass Sie Einführungskurse in Naturwissenschaften belegen, sie können eine sehr wertvolle Ressource zum Lernen sein.
Es ist unmöglich zu glauben, dass Sie nicht verstehen, dass Helium nur wegen der Atomsphäre angehoben wird – wo die Logik von Aristoteles in Aktion ist. Alle Kinder auf der Erde beachten die Naturgesetze des Aristoteles. Sie müssen wissen, dass Galileo nur im Vakuum geeignet ist, dh auf Ihrem Mond, wo kein Helium fliegt. Ich frage mich, wie „wahre Naturgesetze“ Menschen blind machen, die offensichtlichen Naturgesetze zu leugnen und auf Gesetzen im Vakuum zu bestehen, wenn sie über die Auftriebskraft der Luft diskutieren.
@Val, denkst du, ein Heliumballon steigt in der ISS auf? Nein, tut es nicht, weil Auftriebseffekte in der Mikrogravitation nicht existieren. Schauen Sie sich diese Präsentation der NASA an, lesen Sie Seite 5 ff. Der Grund, warum der Ballon auf der Erde aufsteigt, ist der durch die Schwerkraft verursachte Druckgradient in der Atmosphäre. weiter...
@Val Jetzt können Sie weiterhin Beleidigungen schleudern und schreien, dass die Gesetze von Aristoteles das sind, was Kinder beachten, aber es gibt einen Grund, warum die Gesetze von Aristoteles nicht mehr akzeptiert werden - sie haben sich als falsch erwiesen und wie kontraintuitiv das derzeit akzeptierte Modell auch ist, es stimmt mit unseren Beobachtungen überein, damit Sie es akzeptieren oder wissenschaftlich beweisen können, warum unsere derzeitigen Vorstellungen falsch sind, und Ihren Nobelpreis erhalten
@Val und alle anderen: Bitte seid nett. Persönliche Angriffe werden nicht toleriert und führen zur Suspendierung. Ich habe die Nachricht vorerst bearbeitet.
Was die Diskussion hier angeht, wäre es besser, wenn sie wie im Physik-Chat geführt würde . Außerdem scheint mir, dass dies auf eine Meinungsverschiedenheit darüber zurückzuführen ist, was "schwerer" bedeutet. Einige berücksichtigen die Auftriebskraft und den Luftwiderstand, während sie die Schwere messen.
@Manishearth Genau. Sie versuchen, das System aus den Grundprinzipien aufzubauen: In der "wahren" Physik gibt es weder Atmosphäre noch Reibung, und Sie fügen die Gase Ihrem Planeten hinzu. In der Dynamik von Aristoteles haben Sie jedoch bereits den Planeten mit Luft konfiguriert. Das heißt, obwohl die Gesetze von Galileo "wahrer" sind, sind sie ausgefallener. Es macht keinen Sinn, die verlangte Erklärung darauf zu begründen. Ich frage mich, wie das Bohren der „wahren“ Naturgesetze die Fähigkeit wegwäscht, die „unnatürlichen“ Regeln um uns herum zu beachten. Sie können die Reibung des Aristoteles nicht leugnen, wenn er sagt, dass "wahre Naturgesetze reversibel sind".

Lustige Frage. Hier ist meine "me-too"-Antwort.

Angenommen, das Auto ist gerade aus einem Fluss aufgetaucht, also ist viel Wasser darin und der Ballon ist am Boden festgebunden.

Dann fährst du weg.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die Luft im Auto ist wie ein Haufen Wasser :)

Das ist sehr intuitiv
Ich finde das Diagramm nur verwirrend. In welche Richtung fährt das Auto, wo ist die Front des Autos? Ist das ein unter Wasser getauchter Ballon? Wieso den?
@wim: Es beschleunigt nach links. Ja, der Ballon ist am Boden festgebunden. Der Ballon sucht die Oberfläche, um möglichst wenig Wasser „über“ zu haben.
@wim baloon wurde unter Wasser getaucht, um den Gewichtskontrast zu erhöhen. Heilum erhebt sich, weil es leichter ist als die Luft. Es ist sogar leichter als Wasser. Die Auftriebskraft im Wasser ist daher viel stärker. Zweitens zeigt Ihnen die blaue Wasserkante auch die Richtung der Beschleunigung. Das Diagramm ist daher äußerst intuitiv.
@MikeDunlavey Es war überhaupt nicht klar, dass das Auto nach links beschleunigte;)

Es wirkt genau wie Wasser in einer Tasse. Genauer gesagt wie die Luft in der Tasse. Da Helium eine viel geringere Dichte als Stickstoff und andere Gase in Ihrem Auto hat, kann es wie eine Luftblase in einer Flasche visualisiert werden. Der Behälter für das Helium (der Ballon) hat eine vernachlässigbare Masse.

Wenn Sie vorwärts beschleunigen, bewegt sich das Wasser in einer Flasche rückwärts, genau wie Sie es erwarten würden. Die Luftblase scheint sich vorwärts zu bewegen, um die vom Wasser hinterlassene Lücke zu füllen, genau wie der Heliumballon.

Es können auch zusätzliche Kräfte ins Spiel kommen. Es gibt Reibung durch das Gummi an der Decke. Außerdem verschiebt sich beim Beschleunigen der Schwerpunkt Ihres Autos auf dem Radstand nach hinten. Die Nase Ihres Autos hebt sich und das Heck Ihres Autos sinkt. Wenn Sie anhalten, passiert das Gegenteil, und wenn Sie nach links abbiegen, neigt sich Ihr Auto nach rechts, wie Sie fühlen können. Dadurch kann die Decke geneigt werden, wodurch sich der Ballon als Reaktion auf die geneigte Decke bewegen kann. Das könnte sich auch auswirken.

Deine Antwort gefällt mir von allen am besten. Scheint, als würden einige Leute die Antwort erraten, die besagt, dass die Bewegung des Autos wie eine "Schwerkraft" ist. Das ist, als würde man sagen, ein Flugzeug fliegt, weil der Propeller die Luft davor durchschneidet. Ich sehe in keiner dieser Antworten Formeln. Aber ich wette, Sie könnten einen über die Energieerhaltung schreiben, mit Masse und Beschleunigung. Oder die Newtonschen Gesetze des Körpers in Bewegung neigen dazu, in Bewegung zu bleiben, der Körper in Ruhe neigt dazu, in Ruhe zu bleiben.
Denken Sie an einen Hebel im Auto, an dem sich die Seiten nach vorne oder hinten bewegen, anstatt nach oben und unten. Wie eine seitliche Wippe. Stellen Sie sich ein schweres Gewicht auf der einen Seite und ein leichteres Gewicht auf der anderen Seite vor. Beim Vorwärtsbeschleunigen würde die schwerere Seite versuchen, in Ruhe zu bleiben und sich daher relativ zum Auto rückwärts bewegen. Genau wie Ihr Wasser in der Tasse-Analogie. Die leichtere Seite des Hebels müsste sich dann relativ zum Auto nach vorne bewegen. Der Ballon ist der gleiche. Die Luft im Auto bewegt sich aufgrund der Trägheit zurück, die aufgrund der Luftverdrängung den Ballon dazu zwingt, sich vorwärts zu bewegen.
Die Antworten mit vielen Upvotes sind technisch richtig. Diese Antwort macht es jedoch viel einfacher zu verstehen.

Ich bin nicht gut darin, Dinge zu erklären, aber hier geht es

versuche es mal so zu verstehenGeben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Nehmen Sie an, das Rechteck sei Ihr Auto, jetzt ist der gepunktete Bereich mit normaler Luft gefüllt und dazwischen befindet sich ein Heliumballon

Wenn Sie also beschleunigen, versucht alles im Auto, sich in Bezug auf das Auto rückwärts zu bewegen, sogar der Heliumballon, also warum fliegt der Ballon dann vorwärts,

Wie Sie vielleicht wissen, ist Helium weniger dicht als die Luft und daher leichter als die Luft. Wenn Sie also beschleunigen, beginnt sich die Luft rückwärts zu bewegen, aber da das Helium leichter ist, wird es von der Luft nach vorne gedrückt, die sich an seinem Rücken ansammelt Sie füllen einen Eimer und eine Kugel, die am Boden gehalten wird, beginnt nach oben zu steigen, weil sie weniger dicht als Wasser ist.

Wenn Sie sich in einem beschleunigenden Bezugssystem befinden, wird die Beschleunigung als Schwerkraft wahrgenommen. Beispielsweise steht man in einem beschleunigenden Zug schräg in Fahrtrichtung. Es fühlt sich an, als ob Sie auf einem Abhang stehen, und de facto sind Sie es auch.

Die mit Helium gefüllte Kugel bewegt sich einfach entgegen der Richtung, die wie die Schwerkraft aussieht: dasselbe, was sie tut, wenn Sie sich nicht in einem beschleunigenden Rahmen befinden. Dies geschieht aus dem gleichen Grund: Auftrieb, weil es leichter als Luft ist.

Wenn Sie den Ballon in einem beschleunigenden Zug loslassen, bewegt er sich nicht direkt nach vorne, sondern in einem Winkel: nach vorne und oben. Das ist der gleiche Winkel, in dem Sie stehen, wenn Sie ohne Unterstützung balancieren. Wenn Sie in dieser Position einen Ballon an einer Schnur halten, zeigt die Schnur in die gleiche Richtung, parallel zu Ihrem Körper, und wenn Sie den Ballon loslassen, bewegt er sich in diese Richtung. Das ist die Richtung, die „oben“ entspricht, schräg aufgrund der Vektorkombination aus der Schwerkraft (die senkrecht zum Boden nach unten auf Sie wirkt) und der fiktiven Kraft, die Sie scheinbar durch Beschleunigung nach hinten zieht.

Also zusammenfassend:

  1. Ein Ballon steigt aufgrund des Auftriebs „nach oben“.
  2. Was bestimmt, wo oben "oben" ist, ist eine Vektorkombination aus Gravitationskraft und der durch Beschleunigung verursachten fiktiven Kraft, die die Schwerkraft nachahmt.

Die einfachste Art, sich den Heliumballon im beschleunigenden Auto vorzustellen, besteht darin, sich auf Einsteins Äquivalenzprinzip zu berufen: Eine konstante Beschleunigung ist in jeder Hinsicht dasselbe wie eine Gravitationskraft. Um die Sache so einfach wie möglich zu machen, ignorieren wir die wirkliche Schwerkraft (dh was das Auto zur Erde zieht) und denken nur an die Vorwärtsbeschleunigung des Autos. Nach dem Äquivalenzprinzip wirkt diese Beschleunigung genauso wie eine auf das Fahrzeugheck gerichtete Schwerkraft. Aber jeder weiß, was ein in Luft getauchter Heliumballon unter der Gravitation tut: Er steigt auf, dh er bewegt sich entgegen der Gravitationskraft.

Wenn also das Auto beschleunigt, bewegt sich der Ballon vorwärts. Das Prinzip erklärt übrigens auch, warum ein Passagier beim Beschleunigen des Autos nach hinten geschleudert wird: Denn anders als beim Ballon fällt der Passagier nach unten, in die gleiche Richtung wie die Schwerkraft.

Bei der Beantwortung dieser Frage gehe ich davon aus, dass Sie akzeptieren, dass ein Heliumballon in Gegenwart der Schwerkraft der Erde aufsteigt. Da Helium eine geringere Dichte als Luft hat, wird es durch die Auftriebskraft der Luft gegen die Schwerkraft in Richtung Himmel gedrückt

'-1' Angenommen, der Beobachter steht am Gehweg und beobachtet den Ballon im Auto, der in die Richtung beschleunigt, in die das Auto gem. . Für diesen Beobachter hat sich die Schwerkraft nicht verändert. Es ist nur der Druckunterschied, der den Ballon dazu gebracht hat, vorwärts zu beschleunigen. Die Druckdifferenz wird aufgrund der Bewegung des Autos eingeführt.
Genau mein erster Gedanke.

Das habe ich mich auch gefragt...

Dann traf es mich, die Analogie in meinem Kopf von einer Kugel, die auf einer Oberfläche rollt, war falsch ... der Ballon ist nichts, was im Nichts schwebt, er ist ein Körper, der weniger massiv ist als die Luft, die er verdrängt.

Wenn Sie also brechen, versucht alles, sich vorwärts zu bewegen, aber die Luft gewinnt, weil sie mehr Trägheit hat, und der Ballon wird nach hinten gezwungen.

Es ist im Wesentlichen dasselbe wie das, was normalerweise mit einem Ballon passiert, nur mit auf die Seite gedrehten Vektoren ... normalerweise werden alle Luft und Ballons und Helium zur Erde gezogen, aber da die Luft dichter ist, wird sie stärker gezogen. .. und verdrängt den Ballon mit dem Helium.

Würden Sie auf den Punkt näher eingehen: "_Wenn Sie also brechen, versucht alles, sich vorwärts zu bewegen, aber die Luft gewinnt, weil sie mehr Trägheit hat, und der Ballon wird nach hinten gezwungen. _"
Er meint... die Bremsen einlegen, um das Auto zu verlangsamen.
Warum bewegt sich ein mit Helium gefüllter Ballon in einem Auto vorwärts, wenn das Auto beschleunigt?
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