Kleiner Heißluftballon
Warum ist heiße Luft leichter als kalte Luft?
Forschungsfrage
Warum fliegt ein Heißluftballon und was muss passieren, damit er Richtung Himmel aufsteigt? Welche anderen Möglichkeiten gibt es, die Schwerkraft zu überwinden und wie unterscheiden sich diese vom Heißluftballon?
Hier geht’s zum ForschungsprotokollDas brauchst du:
- 1 x Mülltüte
- 8 x Teelichter
- Unterlage z. B. aus Pappe
- Streichhölzer oder Feuerzeug
Vorab ein wichtiger Hinweis:
Da bei diesem Experiment brennende Teelichter und auch eine Mülltüte verwendet werden, darf es nur unter Aufsicht eines Erwachsenen durchgeführt werden!
1
Bilde auf einem Tisch einen Kreis aus 8 Teelichtern. Lege am besten eine Unterlage aus Pappe unter. Zünde alle 8 Teelichter nacheinander an und warte mindestens eine Minute, bis die Teelichter richtig brennen.
2
Stellt euch zu zweit an jeweils ein Ende des Tisches und haltet die Plastiktüte mit der Öffnung nach unten über die Kerzen.
3
Wartet darauf, bis sich euer Ballon mit warmer Luft füllt und prall gefüllt ist.
4
Zählt runter: 3, 2, 1. Lasst dann gleichzeitig die Enden der Plastiktüte los, wodurch euer kleiner Heißluftballon nach oben saust.
Vorsicht:
Wenn du das Experiment wiederholen willst, warte kurz, bis die Plastiktüte wieder abgekühlt ist.
Wenn du wissen willst, warum die Plastiktüte nach oben schwebt, lies weiter.
Welche Phänomene stecken hinter dem Experiment?
Warum ist heiße Luft leichter als kalte Luft? Luft besteht – wie alles, was es gibt – aus kleinen Teilchen, die Atome genannt werden. Man kann sie sich wie kleine Kügelchen vorstellen. Sie können dicht nebeneinander oder weiter auseinander sein. Das ist so ähnlich wie bei einer Kiste mit Äpfeln: Darin können viele Äpfel dicht nebeneinander liegen oder nur wenige in größeren Abständen. Klar, dass die Kiste mit den vielen dicht gepackten Äpfeln schwerer ist. Bei Luft ist es ganz ähnlich: Wenn sie kühl ist, sind die Atome dicht zusammen. Wird sie erwärmt, dehnen sich die Abstände zwischen den Atomen aus. Heiße Luft ist deshalb leichter als kalte Luft.
Das kennst du aus dem Alltag
Die Tüte in unserem Experiment ist im Prinzip nichts anderes als ein kleiner Heißluftballon. Die Hülle eines solchen Ballons bündelt die heiße Luft. Aber da sich die heiße Luft ausdehnt, wird sie teilweise unten aus dem Loch des Heißluftballons gedrückt. Die im Ballon verbleibende Luft ist jetzt weniger dicht und daher leichter als die Umgebungsluft, wodurch sich der Ballon nach oben bewegt. Damit die Luft in einem Heißluftballon die hohe Temperatur behält, wird unterwegs immer wieder ein Feuer entzündet. Schwebt ein solcher Ballon zufällig hoch über uns, sieht man manchmal diese Flamme kurz aufblitzen.
So wird dieses Phänomen in der Luft- und Raumfahrt genutzt
In der Luftfahrt ist oft vom „Auftrieb“ die Rede. Dabei unterscheidet man zwei Arten: Die eine ist der dynamische Auftrieb. Dabei hebt ein Flugzeug ab, weil es sehr schnell über die Startbahn rollt und die Luftströmung um die Tragflächen herum dafür sorgt, dass es schließlich abhebt und fliegt. „Dynamisch“ heißt diese Art des Auftriebs, weil da die Bewegung des Flugzeugs durch die Luft die entscheidende Rolle spielt
(siehe Versuch „Der Düsenjet“). Die andere Art wird statischer Auftrieb genannt – und wie das Wort „statisch“ schon sagt, ist dafür keine schnelle Bewegung nötig. Entscheidend ist bloß, ob etwas leichter als die Luft ist und deshalb nach oben aufsteigt. Dieser statische Auftrieb sorgt in unserem Experiment dafür, dass die Tüte wie ein Heißluftballon nach oben aufsteigt.
