Der Heißluftballon und seine Physik

Die ersten von Menschen in die Luft transportierten Lebewesen waren ein Hahn, eine Ente und ein Schaf. Sie flogen in einem Heißluftballon aus Papier. Die Tiere sind dabei wohlbehalten wieder angekommen. Den Ballon, mit dem sie transportiert wurden, stellten die Brüder Montgolfier im September 1783 fertig. Nachdem die Tiere heil wieder gelandet waren, wagten es die Brüder zwei ihrer Freunde auf einen 25-minütigen Rundflug über Paris zu schicken.

Warum erhebt sich ein Ballon in die Luft?

Der Ballon fliegt, weil heiße Luft leichter ist als kalte. Durch ein Feuer wird die Luft im Ballon erwärmt. Nach diesem Prinzip fliegt ein Heißluftballon. Auch in Gasen gilt das archimedische Prinzip: Der Auftrieb ist immer so groß wie das Gewicht der verdrängten Gasmenge.

Der Auftrieb:

Der Auftrieb wirkt auf ruhende Körper in Flüssigkeiten oder Gasen. Seine Größe ist durch das archimedische Prinzip gegeben.

Das archimedische Prinzip lautet:

Die Auftriebskraft eines Körpers ist genauso groß wie die Gewichtskraft der vom Körper verdrängten Flüssigkeits- oder Gasmenge.

Es gibt Ballone und Luftschiffe, die durch ihre Füllung mit sehr leichten Gasen so viel Auftrieb bekommen, dass sie aufsteigen können.

Dichte und Gewicht der Luft:

Die Dichte gibt an, wie viel ein m³ eines Stoffes wiegt. Je weniger er wiegt, desto höher steigt er. Je schwerer er ist, desto tiefer sinkt er.

Die Dichte beträgt zum Beispiel bei 0°C und normalem Druck 1,29 kg/m³.

Die Dichte von Helium macht hingegen bei 0°C und normalem Druck 0,18 kg/dm³ aus.

Warum fahren Ballone?

Wenn man sich mit einem Ballonär unterhält, wird man merken, dass er vom Fahren eines Ballons und nicht vom Fliegen redet. Ein Ballon kann nicht fliegen wie ein Flugzeug, sondern schwebt eher in der Luft wie ein Fisch im Wasser.

Eine schnellere Abkühlung der Innenluft kann dadurch erreicht werden, dass ein Ventil am obersten Punkt der Ballonhöhe geöffnet wird und dadurch Heißluft entweicht. Durch in zeitlichen Abständen regelmäßige Brennerstöße erreicht man, dass Auftrieb und Gewicht gleich groß sind, der Ballon somit schwebt.

Wie kann man einen Ballon steuern?

Alle Ballone werden vom Wind getrieben. Sie sind so schnell wie der Wind und sie treiben in seine Richtung. Man hat also eigentlich keine Möglichkeit den Ballon zu steuern und doch ist es möglich die Richtung etwas zu beeinflussen. Der Wind weht nämlich in verschiedenen Höhen in unterschiedlichen Richtungen. So kann es sogar vorkommen, dass ein Ballon, der sehr niedrig fährt, sich genau entgegengesetzt bewegt, wie wenn er einige 100 Meter höher steigen würde. Oft ist es aber nur eine geringe Richtungsänderung, die man damit erreichen kann, um vielleicht genau über einem Aussichtsturm zu fahren und nicht einige 100 Meter an ihm vorbei. Sandsäcke sind immer an Ballone angebunden, denn man kann sie dazu gebrauchen um an Höhe zu gewinnen, indem man einen oder mehrere abwirft. Oft aber liegt gerade der Reiz darin, sich vom Wind einfach treiben zu lassen und ohne Ziel durch die Lüfte zu schweben.