Wenn sich heiße Luft in alle Richtungen ausdehnt, warum bewegt sich der Ballon nach oben?

Ein Ballon bewegt sich nach oben. Die heiße Luft im Inneren des Ballons dehnt sich in alle Richtungen aus und kalte Luft außerhalb des Ballons wirkt mit Kraft aus allen Richtungen auf den Ballon (höhere Druckkraft). Warum bewegt sich der Ballon dann nach oben?

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@ACuriousMind Ich verstehe, dass, wenn sich ein Objekt im Wasser befindet, ein etwas höherer Druck auf den Boden einwirkt, der dazu führt, dass es sich nach oben bewegt, aber ich kann nicht verstehen, wie die heiße Luft im Ballon dazu führt, dass es sich nach oben bewegt. Wenn sich die Luft von hohem zu niedrigem Druck bewegt, sollte der Ballon nicht implodieren oder so
Luftballons explodieren. Ein sehr gut versiegelter Heliumballon für Kinder steigt und steigt, dehnt sich beim Aufsteigen aus und POP! Was Sie übersehen, ist, dass der Auftrieb immer eine Folge eines Druckgradienten ist. Es gäbe keinen Auftrieb, wenn der Druck oben und unten im Ballon gleich wäre, was Ihr Diagramm vermuten lässt.
@David Hammen Heiße Luft im Ballon verursacht also mehr Druck an der Oberseite des Ballons? Warum sollte angesichts der Tatsache, dass die Schwerkraft Luft nach unten zieht, der Druck am Boden des Ballons nicht erhöht werden oder sollte der Druck nicht überall gleich sein, wenn man bedenkt, dass Luft am Boden des Ballons die gleiche Kraft nach oben und unten ausübt?
NEIN! Sie betrachten das falsche Objekt. Es ist die Atmosphäre, die einen Druckgradienten aufweist (der Ballon auch, aber darum geht es nicht). Ohne dieses Druckgefälle in der Atmosphäre gibt es keinen Auftrieb. Stellen Sie sich vor, dass der blaue Pfeil am unteren Rand Ihres Diagramms ein winziges, winziges bisschen länger ist als der blaue Pfeil oben. Das verursacht Auftrieb.
@ David Hammen Aber wenn im Ballon kühle Luft wäre, würde sie nicht aufsteigen. Damit habe ich ein Problem. Ich habe dies gefunden sprangle.com/steve/0606121706.htm Er sagt, dass ein geringerer Anstieg innerhalb des Ballons als außerhalb des Ballons zum Anheben führt, aber: 1. Ist diese innere Gradientenkraft nicht eine Kraft, die auf etwas im Inneren des Ballons und nicht auf den Ballon wirkt? 2. Wie wenig Steigung bewirkt, dass es sich anhebt? 3. Wenn Atome unten und oben mit dem gleichen Druck in jede Richtung arbeiten, sollte die Gesamtkraft der heißen Luft im Ballon, die auf den Ballon ausgeübt wird, nicht 0 sein?

Antworten (1)

Zuallererst ist eine Grundierung darüber erforderlich, was "Auftrieb" ist. Der Druck nimmt mit der Höhe ab. Der atmosphärische Druck an der Spitze des Ballons ist ein wenig geringer als der atmosphärische Druck am Boden des Ballons. Dieser Druckunterschied führt zu einer winzigen Netto-Aufwärtskraft auf den Ballon. Der Ballon steigt auf, wenn diese winzige Netto-Aufwärtskraft das winzige Gewicht des Ballons übersteigt.

Der Ballon bewegt sich nicht immer nach oben. Versuchen Sie, einen Heißluftballon in Los Angeles, Denver oder Mexiko-Stadt zu starten. Oftmals steigt der Ballon vielleicht tausend Fuß hoch und bleibt dann einfach stehen. Dies zeigt an, dass die Atmosphäre stabil ist, und deshalb haben Los Angeles, Denver und Mexiko-Stadt so ernsthafte Probleme mit Smog.

Ein Heißluftballon steigt auf, wenn die Stornorate der Umwelt ausreichend hoch ist. Luft ist ein relativ schlechter Wärmeleiter. Das bedeutet, dass der Ballon nicht viel Wärme mit der äußeren Umgebung überträgt. Die Bedingungen innerhalb des Ballons ändern sich mehr oder weniger adiabatisch. Unter der Annahme, dass der Ballon mit Luft gefüllt ist (im Gegensatz zu Helium oder Wasserstoff), wird der Ballon nach oben getrieben, solange die Temperatur im Inneren des Ballons höher als die Temperatur der umgebenden Luft bleibt. Der Ballon hört auf zu steigen, kurz nachdem die Abfallrate der umgebenden Luft geringer ist als die des adiabatischen Abfalls, der im Inneren des Ballons stattfindet.

Die Lufttemperatur nimmt tendenziell mit zunehmender Höhe ab. Das "neigt dazu" ist der Schlüssel. Das Temperaturprofil flacht schließlich ab. Manchmal ist die Höhe, in der dies geschieht, Dutzende von Kilometern hoch, ganz oben in der Troposphäre. Die Grenze zwischen dem oberen Rand der Troposphäre und dem unteren Rand der Stratosphäre ist der Ort, an dem die troposphärische Ausfallrate aufhört. In der Stratosphäre steigen die Temperaturen mit zunehmender Höhe. Dies ist der Hauptgrund, warum das Wetter im Allgemeinen nicht bis in die Stratosphäre reicht. Es braucht ein sehr großes und sehr starkes Gewitter, um die Tropopause zu durchbrechen, die Grenze, die den oberen Rand der Troposphäre / den unteren Rand der Stratosphäre markiert.

In anderen Fällen findet dieser Übergang zu einer stabilen Temperatur in viel niedrigeren Höhen statt (z. B. Los Angeles, Denver und Mexiko-Stadt).

Wenn sich heiße Luft in alle Richtungen ausdehnt, warum bewegt sich der Ballon nach oben?
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