Heißluftballons sind Fluggeräte ohne eigenen Antrieb, die
steigen, schweben und sinken können und die sich ansonsten mit der
Luftströmung bewegen. Die erforderliche Auftriebskraft wird durch
heiße Luft hervorgerufen, die mithilfe eines Brenners erzeugt und
in den Ballon geleitet wird.
Physikalische Grundlagen
Ob ein Körper steigt, schwebt oder sinkt, wird vom Verhältnis
seiner Gewichtskraft zur
Auftriebskraft bestimmt
(Bild 2). Für die Auftriebskraft gilt das Gesetz von ARCHIMEDES (archimedisches
Gesetz), das man für einen Heißluftballon folgendermaßen
formulieren kann: Die auf einen Heißluftballon wirkende Auftriebskraft
ist gleich der Gewichtskraft der verdrängten Luftmenge.
Da die Auftriebskraft vom Volumen der verdrängten Luftmenge und diese
wiederum von Masse und Dichte bestimmt wird, ist auch das Verhältnis
der Dichten maßgeblich dafür, wie sich ein Ballon verhält.
Es gilt:
| Steigen |
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 |
| Schweben |
 |
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| Sinken |
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 |
Damit ein Ballon z. B. steigen kann, muss seine mittlere Dichte kleiner
als die der umgebenden Luft sein. Das wird erreicht, indem man über
einen Brenner eine größere Menge heiße Luft, die eine
kleinere Dichte als kalte Luft hat, in die Ballonhülle bringt.
Moderne Heißluftballons
Moderne Heißluftballons unterscheiden sich in ihrem grundsätzlichen
Aufbau nur wenig von dem ersten Heißluftballon, den die Gebrüder
MONTGOLFIER 1783 bauten und erfolgreich starteten. Nach ihnen bezeichnete
man solche Ballons als Montgolfieren.
Ein moderner Heißluftballon (Bild 3) besteht aus einer relativ
großen Ballonhülle,
die aus Stoffbahnen zusammengenäht ist. Die Größe ist
erforderlich, um den notwendigen Auftrieb zu gewährleisten. Der Ballon
ist unten offen. Unterhalb dieser Ballonöffnung ist ein Korb
befestigt, in dem die Ballonfahrer sind und wo sich auch ein mit Propangas
betriebener regelbarer Brenner
befindet. Der Ballon hat an der Oberseite eine Öffnung, das so genannte
Kalottenloch. Diese Öffnung
wird normalerweise durch den inneren Druck mit einem Schirm, auch Parachute
genannt, verschlossen. Über Leinen kann der Parachute
heruntergezogen werden. Damit strömt warme Luft oben aus.
Um zu starten, muss zunächst eine größere Menge heiße
Luft in die Ballonhülle gebracht werden. Wenn die Auftriebskraft
größer als die Gewichtskraft des gesamten Ballons ist, beginnt
er zu steigen. Zugleich bewegt er sich mit der Luftströmung vorwärts.
Die Veränderung der Flughöhe kann in unterschiedlicher Weise
realisiert werden. Physikalisch geht es immer um die Veränderung
der mittleren Dichte des Ballons. Dafür gibt es folgende Möglichkeiten:
- Es wird heiße Luft in die Ballonhülle geblasen. Die mittlere
Dichte des Ballons wird kleiner. Der Ballon steigt.
- Es wird Ballast (Wasser, Sand) abgeworfen. Die mittlere Dichte des
Ballons wird kleiner. Der Ballon steigt.
- Die Luft im Ballon kühlt sich allmählich ab. Die mittlere
Dichte des Ballons wird größer. Der Ballon sinkt.
- Der Parachute wird geöffnet. Die mittlere Dichte des Ballons wird größer. Der Ballon sinkt.