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Kategorie: > Wissenschaft > Physik / Chemie
Luftauftrieb um wasser
Gast (theo mayr)
(Gast - Daten unbestätigt)

  07.06.2008

Hallo Spezialisten, ich moechte wissen wie schnell ein Wuerfel von einem Kubikmeter Luft aus einer Tiefe von hundert metern an die Oberflaeche steigt? Und aendert eine groessere Tiefe etwas an der Geschwindigkeit?
Die Huelle soll vernachlaessigt werden bei der Berechnung. Vielen Dank



Anzahl der unterhalb stehenden Antworten: 7
Heiner Grimm
(gute Seele des Forums)

  12.06.2008
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von theo mayr vom 10.06.2008!  Zum Bezugstext

Hallo Theo,

"Es geht um einen Transport von Meeresfruechten nach oben wobei die Zeit ausschlaggebend ist!"
??? So rasch verderblich, die Meeresfrüchte ??? Ok, also, es soll etwas so schnell wie möglich nach oben geschafft werden.

"... mit wieviel Metern pro sekunde die Luft nach oben steigt wenn zum Beispiel ein Kubikmeter davon in einem Behaeltnis ist. Unabhaengig wie dieses aussieht."
Die Steiggeschwindigkeit ist eben *nicht* unabhängig davon, wie dieses aussieht.

"die Form, die kann ich bestimmen, kannst von einer Ballonform ausgehen."
Wenn Du die Form bestimmen kannst, dann wäre ein Ballon keine gute Wahl. Für Tempo brauchst Du eine schön stromlinienförmige Form. Stell Dir so eine Art Tümmler vor, der senkrecht im Wasser steht. Eine Zylinderform mit konischer Spitze tuts wahrscheinlich auch. Eine starre Konstruktion, z.B. aus einem dünnwandigen Kunststoffrohr mit entspr. Spitze, ist möglicherweise besser als ein ebenso geformter Luftsack.

"Sind 3 Meter pro Sekunde real?"
Kann ich so auf die Schnelle nicht mit Bestimmtheit sagen. Ich schätze, ja. Vermutlich noch deutlich schneller.

Während des Aufstiegs wird sich die Luft ausdehnen, und die überschüssige Luft unten aus der "Rakete" herausperlen. Das ist ok, das Ding wird dann eine konstante Geschwindigkeit entwickeln. Wenn nicht genügend Luft zur Verfügung steht, kann der Auftriebskörper auch teilweise gefüllt werden, dann wird der Auftrieb beim Aufstieg immer größer, und das "Vehikel" immer schneller. Wichtig ist auch, dass die Ladung, wenn nicht unten im Auftriebskörper befindlich, sondern unten drangehängt, ebenfalls in einem stromlinienförmigen Behälter untergebracht ist. Außerdem wirkt, soweit die mittlere Dichte der Ladung größer ist als die des Wassers (z.B. Steine oder Goldbarren, könnte man im weiteren Sinne auch als Meeresfrüchte bezeichnen, oder?), eine Abtriebskraft dem Auftrieb entgegen, und verlangsamt das Ganze. In diesem Fall ist die Nutzlast auch dadurch begrenzt, ansonsten nur durch deren Strömungswiderstand.

Die benötigte Luftmenge (bei Normaldruck), die von oben runtergepumpt werden muss, um unten (beim dortigen Druck) 1 m^3 zu erhalten, ist übrigens tiefenabhängig: je 10 m Tiefe wirds ca. 1 m^3 mehr. Z.B. werden 11 m^3 Luft unter Atmosphärendruck zu 1 m^3 in 100 m Tiefe.

Wenn Du das Ganze gebaut hast, und es funktioniert, dann schick mir mal ein Foto. ;-)

Grüße
Heiner
Gast (theo mayr)
(Gast - Daten unbestätigt)

  10.06.2008
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Heiner Grimm vom 10.06.2008!  Zum Bezugstext

Hallo Heiner, mir geht es nicht um die Form, die kann ich bestimmen, kannst von einer Ballonform ausgehen. Mir ist wichtig mit wieviel Metern pro sekunde die Luft nach oben steigt wenn zum Beispiel ein Kubikmeter davon in einem Behaeltnis ist. Unabhaengig wie dieses aussieht. Sind 3 Meter pro Sekunde real?
Und wenn es mehrere Kubikmeter drin sind geht es dann schneller nach oben? Es geht um einen Transport von Meeresfruechten nach oben wobei die Zeit ausschlaggebend ist! Wenn der Auftrieb zu langsam von statten geht klappt das Ganze nicht!
Gruss Theo
Heiner Grimm
(gute Seele des Forums)

  10.06.2008
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von theo mayr vom 09.06.2008!  Zum Bezugstext

Hallo Theo,

eine Antwort ist schwierig, da nicht recht klar wird, was Du eigentlich bezweckst. Immerhin weiß man inzwischen: Es geht um ein unterirdisches Luftreservoir, mit irgendwie Wasser darüber (Luftres. unter dem Meeresboden? unter wassergefülltem Schacht/Bodenspalten?? oder ...???). Und was soll nun (ist Dir unsere Luft hier "oben" nicht gut genug?) genau mit dieser "Tiefenluft" geschehen? Vermutlich auffangen (und dann??? auf Flaschen ziehen und als supergesunde Höhlen-Heilluft teuer verkaufen?? Oder ists gar keine Luft, sondern eine Heliumquelle o.Ä.???).

Fragen über Fragen! Ohne genauere Angaben zu Alledem wird niemand erraten können, wie Dir zu helfen sein könnte. Nur Eines ist jetzt schon klar: In keinem realen Vorgang wird 1 m^3 Luft in Form eines Würfels aufsteigen, wozu also so etwas berechnen, zumal es viel einfacher ist, das Ganze für eine Kugel zu berechnen, die einem gasgefüllten Ballon doch deutlich näher kommt.

Aber willst Du wirklich Luft in Ballons aufsteigen lassen? Wie wärs denn mit einem simplen Rohr?

Also bitte, Butter bei die Fische!

Beste Grüße, Heiner
Gast (theo mayr)
(Gast - Daten unbestätigt)

  09.06.2008
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Wilfried vom 09.06.2008!  Zum Bezugstext

Hallo Wilfried, komme mit diesen Formeln nicht wirklich klar. Kannst Du mir helfen? wie schnell steigt ein mit Luft gefuellter Wuerfel mit einem Kubikmeter Lut aus 100 Metern Tiefe auf?
Und 2. gibt es einen Unterschied wenn das Volumen groesser ist also yum Beispiel doppelt? Und noch eine Frage, wenn der Wuerfel aerodynamisch geformt wird also oben weniger frontalen Widerstand bildet, geht es dann auch schneller nach oben?

Danke fuer Deine Hilfe, Theo
Wilfried
wilfried.rosendahlrsdsolar.de
(gute Seele des Forums)

  09.06.2008
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von theodor mayr vom 09.06.2008!  Zum Bezugstext

Hallo Theo,

mir ist das Thema als Taucher in Erinnerung. Lasten werden unter Wasser mit großen Luftballons gehoben. Wenn so ein Anschlagseil riss, dann wurde die Steigegeschwindigkeit enorm, ich schätze mehr als 1 m/s.
Mit zunehmender Höhe steigt das Volumen der Luftmenge, der Strömungswiderstand wird also größer und die Auftriebsgeschwindigkeit einerseits entsprechend abgebremst. Es nimmt aber andererseits die Auftriebskraft zu. Eine Formel zur Berechnung findest du unter http://www.atk-aquatechnik.de/referenzen/abschaeumer_von_innen.html
Auch wenn es hier um kleinere Luftblasen geht, sind die Gesetzmäßigkeiten doch die Gleichen.

Beste Grüße
Wilfried
Gast (theodor mayr)
(Gast - Daten unbestätigt)

  09.06.2008
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Heiner Grimm vom 08.06.2008!  Zum Bezugstext

Hallo Heiner, erst einmal vielen Dank fuer die Hilfe, es waere mir ausreichend aber nur dann geholfen wenn ich wenigstens ungefaehr wissen koennte ob nun die Steiggeschwindigkeit 0,3 m pro sekunde oder 3 Meter pro Sekunde betragen kann. und ob die ganze Sache von dem Luftvolumen abhaengig ist also mehr Luft schneller oder nicht? Und wenn ja wie schnell, es geht eventuelle umd hundert Kubikmeter Luft aus einem Unterirdischem Reservoir...
Ungefaehr waere ausreichend!
Kannst Du mir helfen????


danke im voraus  theo
Heiner Grimm
(gute Seele des Forums)

  08.06.2008

Hallo Theo,

für eine Berechnung der Steiggeschwindigkeit müsste ich jetzt etwas mehr Aufwand betreiben, als mir am heiligen Rest-Sonntagabend gut täte. ;-)

Die Abhängigkeit der Steiggeschwindigkeit von der Wassertiefe kann ich aber bei Betrachtung einiger Parameter und ihrer Druckabhängigkeiten ungefähr aus der Lamäng vorhersagen:

Fall 1: inkompressibler Würfel (gedachter Würfel aus unendlich dünnem und unendlich stabilen Material, mit 1 m^3 Luft bei z.B. 1 bar gefüllt), Wassertemperatur unabhängig von Wassertiefe angenommen: Mit dem Druck steigt die Dichte des Wassers etwas (größere Auftriebskraft), während die Viskosität geringfügig sinkt (geringerer Strömungswiderstand). Fazit: In der Tiefe geringfügig höhere Steiggeschwindigkeit.

Fall 2: wie Fall 1, nur dass hier die Temperatur mit der Tiefe merklich abnimmt: Dann steigt mit der Tiefe die Wasserviskosität deutlich an, überkompensiert die o.a. sonstigen Effekte, und der Würfel steigt umso langsamer auf, je tiefer er sich unter Wasser befindet.

Fall 3: Der Würfel passt sein Volumen dem äußeren Druck an, wird also mit zunehmender Tiefe immer kleiner, bleibt dabei würfelförmig. Dann wird der Strömungswiderstand mit zunehmender Tiefe deutlich kleiner, während sich der Auftrieb, bei nicht zu großer Tiefe, zunächst nur unwesentlich ändert. Bei einem nicht zu großen Temperaturgradienten über der Tiefe wird die zunehmende Viskosität überkompensiert, und der Würfel steigt in größerer Tiefe schneller auf.
(Es können jedoch sicherlich Fälle konstruiert werden, bzw. es kann Fälle geben, bei denen der Temperaturgradient so groß ist, dass es (u.U. streckenweise) umgekehrt läuft.)
Bei sehr großen Wassertiefen wird möglicherweise die Abnahme des Auftriebs zum bestimmenden Parameter, und die Steiggeschwindigkeit nimmt mit zunehmender Tiefe wieder ab. Ob bei genügend hohem Druck die Luft sogar dichter werden kann als das umgebende Wasser, und der Würfel folglich sinkt, kann ich wieder ohne Weiteres nicht sagen, ich halte es aber für durchaus möglich. Nur dürften die Wassertiefen auf der Erde dafür nicht ganz ausreichen (dies ist fundiert geschätzt, jedoch nicht berechnet, und schon gar nicht beschworen).

Beste Grüße
Heiner



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