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[quote="Mathefix"][quote="Myon"]Nur ein, zwei Gedanken dazu: Bei dem obigen Artikel geht es um Luftballons. Bei diesen kommt der (Über-)druck primär zustande, da das Material elastisch ist und nur unter Aufwendung von Arbeit die Oberfläche vergrössert werden kann. Nimmt man an, dass das Material nicht elastisch ist und der Druck durch die Gewichtskraft bewirkt wird, so wird der Druck -würde ich intuitiv sagen- abhängig davon, wie nah die Gestalt an der Kugelform ist. Die Kugelform wird nie ganz erreicht werden, da der Druck und damit die aufzuwendende zusätzliche Arbeit unendlich ansteigen, je mehr sich der „Ballon“ der Kugelgestalt nähert. Die Berechnung wäre sicher sehr kompliziert. Auf jedes Flächenelement wirkt nicht nur die Gewichtskraft, sondern tangential zur Oberfläche wirken auch Zugkräfte der angrenzenden Flächen mit Kraftkomponenten nach innen. Für die gesamte Arbeit kann man auch nicht einfach p*V setzen, da der Druck während der Expansion nicht konstant ist.[/quote] @Myon 1. Ich bin von einer idealisierten Kugelhülle ausgegangen, die gerade so spannungsfrei gefüllt wird, dass keine Arbeit durch Zugkräfte und Dehnung im Material verrichtet werden muss. 2. Über den Punkt W = p x V denke ich noch nach.[/quote]
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Duke711
Verfasst am: 30. Aug 2018 01:01
Titel:
Wenn der TE mal einige Details zum Material etc. nennen würden, könnte man ein Modell erstellen, aber da wird vom TE wird vermutlich nichts mehr kommen.
Myon
Verfasst am: 29. Aug 2018 16:00
Titel:
GvC hat Folgendes geschrieben:
Ja, aber um das Hüllengewicht anzuheben, sind nur die vertikalen Kraftkomponenten auf die obere Kugelhälfte relevant, oder? Wie gesagt, ich bin mir da ziemlich unsicher.
Die Oberfläche ist gekrümmt. Deshalb haben auch die tangential entlang der Oberfläche wirkenden Kräfte eine Kraftkomponente nach innen, gegen welche die Druckkraft wirken muss. Ohne Kräfte entlang der Oberfläche könnten auch die unteren Hüllenteile nicht angehoben werden.
Mathefix hat Folgendes geschrieben:
Nach dem Aufblasen hat das Gas die Energie von W = p x V. Diese Arbeit ist insgesamt erbracht worden. Welche Zwischenzustände während des Aufblasvorgangs bestehen ist m.E. irrelevant.
Um die Hülle bis zum Volumen V aufzublasen, muss die Arbeit
,
wobei der Druck ansteigt. Es gibt keinen „Endzustand“, es kann immer weiter Gas hineingepumpt werden, und für die „endgültige“ Form wäre ein unendlich hoher Druck notwendig.
Mathefix
Verfasst am: 29. Aug 2018 14:16
Titel:
moody_ds hat Folgendes geschrieben:
@mathefix mir fehlt leider auch die Zeit es nachzurechnen. Mein erster Gedanke wäre aber etwas in Richtung Young-Laplace gewesen.
Die in
diesem Paper
angestellte Rechnung scheint ja eine ansatzweise ähnliche Form zu haben. Ich würde das einfach Mal in den Raum werfen.
Unwahrscheinlich, aber falls ich Zeit finde würde ich die Ergebnisse mit deinem vergleichen, mathefix.
Vielen Dank, das paper kenne ich. Allerdings setzt die Rechnung bei einem spannungsfrei aufgeblasenen Ballon an: r/r_0 = 1. In der Aufgabe ist das der Endzustand.
Mathefix
Verfasst am: 29. Aug 2018 13:58
Titel:
Myon hat Folgendes geschrieben:
Nur ein, zwei Gedanken dazu:
Für die gesamte Arbeit kann man auch nicht einfach p*V setzen, da der Druck während der Expansion nicht konstant ist.
@Myon
Nach dem Aufblasen hat das Gas die Energie von W = p x V. Diese Arbeit ist insgesamt erbracht worden. Welche Zwischenzustände während des Aufblasvorgangs bestehen ist m.E. irrelevant.
Mit Koordinatenursprung am Südpol der Kugel:
und
erhalte ich (vorausgesetzt ich habe mich nicht verrechnet):
GvC
Verfasst am: 29. Aug 2018 12:44
Titel:
Myon hat Folgendes geschrieben:
Je mehr man die Hülle aufbläst, umso stärker werden aber die tangential wirkenden Kräfte zwischen Oberflächenelementen.
Ja, aber um das Hüllengewicht anzuheben, sind nur die vertikalen Kraftkomponenten auf die obere Kugelhälfte relevant, oder? Wie gesagt, ich bin mir da ziemlich unsicher.
Myon
Verfasst am: 29. Aug 2018 12:12
Titel:
@GvC: Ich glaube nicht, dass dies richtig ist.
Man kann dies auch so sehen: für das Gas im Innern gilt sicher die Zustandgleichung p*V=n*k*T. Auch bei einer inelastischen Hülle kann man immer weiter Gas hineinpumpen, d.h. man kann die Zahl der Gasteilchen n erhöhen. Da das Volumen bei inelastischer Hülle nach oben begrenzt ist, kann man den Druck durch Pumpen immer weiter erhöhen.
Ganz zu Beginn, bei kleinem Volumen, wird die obige Rechnung ungefähr stimmen (wobei die massgebende Fläche dann grösser sein kann als pi*r^2), da v.a. die Gewichtskraft relevant ist. Je mehr man die Hülle aufbläst, umso stärker werden aber die tangential wirkenden Kräfte zwischen Oberflächenelementen.
GvC
Verfasst am: 29. Aug 2018 11:20
Titel:
Ist es nicht so, dass die gesamte Gewichtskraft der Hülle von der Kraft aufgebracht werden muss, die durch den Druck auf die horizontale Projektionsfläche der Kugel erzeugt wird? Das ergibt
p
0
ist dabei der (äußere) Atmosphärendruck.
Mathefix
Verfasst am: 29. Aug 2018 10:54
Titel:
Duke711 hat Folgendes geschrieben:
Des Weiteren ist auch unklar wie die Luft in den Ballon bzw. der Kugel kommt. Denn die Befüllungsleitung/-Kanal muss man ebenfalls berücksichtigen.
Somit fehlen wichtige Angaben:
- Öffnungsquerschnitt bevor der Inflation
- Querschnitt und Länge des Befüllungskanal
- Gebläsedurchmesser
@Duke711
Die normale Vorgehensweise ist, erst ein idealisiertes Modell zu formulieren (schwierig genug), welches dann um weitere Einflussgrössen ergänzt werden kann.
Deine Liste kann man fast beliebig erweitern.
Mathefix
Verfasst am: 29. Aug 2018 10:50
Titel:
Myon hat Folgendes geschrieben:
Nur ein, zwei Gedanken dazu:
Bei dem obigen Artikel geht es um Luftballons. Bei diesen kommt der (Über-)druck primär zustande, da das Material elastisch ist und nur unter Aufwendung von Arbeit die Oberfläche vergrössert werden kann.
Nimmt man an, dass das Material nicht elastisch ist und der Druck durch die Gewichtskraft bewirkt wird, so wird der Druck -würde ich intuitiv sagen- abhängig davon, wie nah die Gestalt an der Kugelform ist. Die Kugelform wird nie ganz erreicht werden, da der Druck und damit die aufzuwendende zusätzliche Arbeit unendlich ansteigen, je mehr sich der „Ballon“ der Kugelgestalt nähert.
Die Berechnung wäre sicher sehr kompliziert. Auf jedes Flächenelement wirkt nicht nur die Gewichtskraft, sondern tangential zur Oberfläche wirken auch Zugkräfte der angrenzenden Flächen mit Kraftkomponenten nach innen. Für die gesamte Arbeit kann man auch nicht einfach p*V setzen, da der Druck während der Expansion nicht konstant ist.
@Myon
1. Ich bin von einer idealisierten Kugelhülle ausgegangen, die gerade so spannungsfrei gefüllt wird, dass keine Arbeit durch Zugkräfte und Dehnung im Material verrichtet werden muss.
2. Über den Punkt W = p x V denke ich noch nach.
Duke711
Verfasst am: 29. Aug 2018 10:29
Titel:
Des Weiteren ist auch unklar wie die Luft in den Ballon bzw. der Kugel kommt. Denn die Befüllungsleitung/-Kanal muss man ebenfalls berücksichtigen.
Somit fehlen wichtige Angaben:
- Öffnungsquerschnitt bevor der Inflation
- Querschnitt und Länge des Befüllungskanal
- Gebläsedurchmesser
Myon
Verfasst am: 29. Aug 2018 09:41
Titel:
Nur ein, zwei Gedanken dazu:
Bei dem obigen Artikel geht es um Luftballons. Bei diesen kommt der (Über-)druck primär zustande, da das Material elastisch ist und nur unter Aufwendung von Arbeit die Oberfläche vergrössert werden kann.
Nimmt man an, dass das Material nicht elastisch ist und der Druck durch die Gewichtskraft bewirkt wird, so wird der Druck -würde ich intuitiv sagen- abhängig davon, wie nah die Gestalt an der Kugelform ist. Die Kugelform wird nie ganz erreicht werden, da der Druck und damit die aufzuwendende zusätzliche Arbeit unendlich ansteigen, je mehr sich der „Ballon“ der Kugelgestalt nähert.
Die Berechnung wäre sicher sehr kompliziert. Auf jedes Flächenelement wirkt nicht nur die Gewichtskraft, sondern tangential zur Oberfläche wirken auch Zugkräfte der angrenzenden Flächen mit Kraftkomponenten nach innen. Für die gesamte Arbeit kann man auch nicht einfach p*V setzen, da der Druck während der Expansion nicht konstant ist.
moody_ds
Verfasst am: 29. Aug 2018 08:18
Titel:
@mathefix mir fehlt leider auch die Zeit es nachzurechnen. Mein erster Gedanke wäre aber etwas in Richtung Young-Laplace gewesen.
Die in
diesem Paper
angestellte Rechnung scheint ja eine ansatzweise ähnliche Form zu haben. Ich würde das einfach Mal in den Raum werfen.
Unwahrscheinlich, aber falls ich Zeit finde würde ich die Ergebnisse mit deinem vergleichen, mathefix.
Mathefix
Verfasst am: 29. Aug 2018 07:59
Titel:
Lösungsansatz über Arbeit.
Mechanische Arbeit = Volumenarbeit
1. Mechanische Arbeit, um die Masse des Kugelmantels auf Kugelform zu heben
= Mantelfläche
2. Volumenarbeit, um die Kugel mit Luft aufzublasen
3. Druck
Anmerkung
Um d(y) zu bestimmen habe ich im Augenblick keine Zeit.
Brillant
Verfasst am: 28. Aug 2018 17:09
Titel:
Zum Aufblasen brauchst du ein wenig mehr, als die Hülle der Kugel gegen die Gravitation zu halten.
Wikipedia: „Ein Millibar ist dementsprechend etwa der Wasserdruck durch 1 cm Wassersäule bzw. 10 mmH2O.“ - Wasser wiegt pro cm³ 1 g
Dein Material wiegt pro cm² 0,25 g. Der oberste cm² drückt mit diesem Gewicht nach unten, die seitlichen Teile der Hülle drücken weniger, weil sie gestützt werden. Du benötigst also 1/4 mbar = 0,0025 bar
Dein Wert 0,000245bar ist zu klein.
Edit: Moment, 1 mbar = 0,001 bar, davon ¼ ist 0,00025. Dein Wert stimmt.
Mathefix
Verfasst am: 28. Aug 2018 17:06
Titel:
rollo hat Folgendes geschrieben:
Ich bin auf der Suche nach dem Druck, den das Gebläse erzeugen muss um die Kugel in ihre Ausgangsform zu bringen!
Bin gespannt!
Dein Ansatz
= spez. Flächenmasse
rollo
Verfasst am: 27. Aug 2018 18:19
Titel:
Ich bin auf der Suche nach dem Druck, den das Gebläse erzeugen muss um die Kugel in ihre Ausgangsform zu bringen!
Bin gespannt!
Mathefix
Verfasst am: 27. Aug 2018 17:12
Titel:
Was soll berechnet werden??
rollo
Verfasst am: 27. Aug 2018 12:12
Titel: Kugel aufpusten
Meine Frage:
Hallohallo,
Ich habe ein Projekt, bei dem ein Gebläse eine Kugel aufpusten soll. Die Kugel ist 1,8m im Durchmesser. Das Kugelmaterial hat ein Gewicht von 2,5kg/m2.
Meine Ideen:
Mein Ansatz ist:
p = F/A
A = 10m2
m = 25kg
G = m*g -> G = 245,25 kg*m/s2
daher:
p = 245,25(kg*m/s2) / 10m2 = 24,5pa = 0,000245bar
Der Wert kommt mir sehr klein vor. Habe ich einen Rechenfehler oder Anatzfehler gemacht?
Ich freue mich über jeden Tipp!