FOK!forum / Wetenschap & Technologie / Hoe reken ik uit hoe hoog een helium ballon komt?
Orealozondag 26 augustus 2007 @ 15:34
Voor een (vrijetijds) project wil ik graag weten hoe hoog een helium ballon komt, met daaraan een kleine camera (zeg 750 gram) met een parachute voor dat gewicht (500gr?).
Ook moet er (wat PRECIES moet ik nog uitzoeken) iets van een GPS zender in, zodat ik kan weten waar hij neerkomt.

Ik kreeg het idee uit de quest van deze maand, studenten hadden op dezelfde manier een hele mooie foto gemaakt.

Ik ga hier nog een apart topic over maken, als ik weet hoe hoog deze komt.

Ik neem aan dat 't aan de grootte van de ballon licht, dus we kunnen het ook omgekeerd doen.
Stél ik wil 30km de lucht in met zo'n helium ballon, die bovenstaande dingen moet dragen, hoe groot moet deze ballon zijn?

[ Bericht 0% gewijzigd door Orealo op 26-08-2007 15:46:32 ]
Byte_Mezondag 26 augustus 2007 @ 15:50
30 km

licht je wel even schiphol in?
Orealozondag 26 augustus 2007 @ 15:52
quote:
Op zondag 26 augustus 2007 15:50 schreef Byte_Me het volgende:
30 km

licht je wel even schiphol in?
Ook nog een vraag ja, maar dat hoeft niet in dit topic.
Byte_Mezondag 26 augustus 2007 @ 15:53
o, de opwaartse kracht is gelijk aan de massa van de verplaatste lucht door de ballon (Vballon * rholucht) minus de massa van de ballon met helium (Vballon * rhohelium). maar ja de dichtheden veranderen uiteraard oiv de druk. en neem je een ballon met een constant volume? of eentje die uitzet?
Orealozondag 26 augustus 2007 @ 15:56
ik kwam tijden het googlen dit plaatje tegen:



Als het <3 kilo is, kunnen we die van 6 foot (2 meter?) gebruiken.

Lijkt me?
__Saviour__zondag 26 augustus 2007 @ 16:01
Daar kun je een mooi model mee maken met bijv. Modellus

Dat is een programma om natuurkundige modellen mee te maken
Willekeurig googlevoorbeeldje:
Logicalzondag 26 augustus 2007 @ 16:02
3200 liter helium dus...
Orealozondag 26 augustus 2007 @ 16:14
quote:
Op zondag 26 augustus 2007 16:01 schreef __Saviour__ het volgende:
Daar kun je een mooi model mee maken met bijv. Modellus

Dat is een programma om natuurkundige modellen mee te maken
Willekeurig googlevoorbeeldje:
[afbeelding]
Hmm, daar snap ik geen hout van.
Wat moet ik hoe invoeren om er een animatie van te krijgen?
Logicalzondag 26 augustus 2007 @ 16:23
andere mensen met hetzelfde idee:
http://www.wetenschapsforum.nl/index.php?showtopic=2658
http://www.luchtfoto-multiflight.com/
http://www.zeppeloon.nl/zeppeloon/luchtfotografie.htm
http://www.neoweb.nl/forum2/index.php?topic=1968.msg8653
http://vakman.weeronline.com/daten/profi/nl/temps/temps_info.html
TR08zondag 26 augustus 2007 @ 16:29
Je ballon heeft zijn piekhoogte bereikt op het moment dat de drijvende kracht even groot is als de zwaartekracht.
Als je ballon niet rekbaar is weet je heel makkelijk het volume van de ballon. Als je die vult met helium op atmosferische druk (meer is zowel niet nodig als niet handig) weet je hoeveel kg helium er in zit en wat het volume is. Met het volume weet je hoeveel lucht je verdringt.

De tilcapaciteit van je ballon is ten allen tijde EXACT gelijk aan het volume lucht dat je verplaatst keer het verschil in dichtheid tussen helium in de ballon en lucht buiten de ballon.
(Ftil=Ballonvolume x (luchtdh - heliumdh)

Wat er gebeurt bij het stijgen is het volgende: De luchtdichtheid om de ballon neemt af, maar de helium dichtheid in de ballon blijft constant (want de ballon is niet rekbaar).
Het punt waarop de ballon blijft hangen is het punt waarop de tilkracht (zie boven) gelijk is aan de zwaartekracht. (Ftil =m x g). Neem in de M ook de massa van de ballon mee.

Met deze twee formules kun je uitrekenen bij welke luchtdichtheid de ballon blijft hangen. Vervolgens kun je opzoeken op welke hoogte de lucht die dichtheid heeft en daaruit rolt je piekhoogte.
Hoogstwaarschijnlijk is de dichtheid gewoon lineair afhankelijk van de hoogte (het is in elk geval een heel goede benadering als je weersinvloeden even vergeet). Waarschijnlijk is de dichtheid iets van:
Dichtheid=dichtheid op NAP - luchtdichtheid x hoogte x g.
Even alles behalve de hoogte naar een kant werken en je hebt je hoogte te pakken.

Nu ik er aan denk: Bij nader inzien zou ik de ballon niet volledig vullen voor je hem op laat. Als je hem precies zo ver vult dat hij net een beetje vlot omhoog wil komt hij hoger. Naarmate de luchtdruk rond de ballon afneemt krijgt de helium meer ruimte om uit te zetten en komt het punt waarop de ballon precies vol is op een veel hoger punt te liggen dan NAP.

[ Bericht 10% gewijzigd door TR08 op 26-08-2007 16:32:49 (extra ideetje) ]
Gobozondag 26 augustus 2007 @ 16:48
knup er een heeeeeeeeel lang touw aan.... meten is weten, fuck de berekeningen
Bronzondag 26 augustus 2007 @ 16:50
quote:
Op zondag 26 augustus 2007 16:48 schreef Gobo het volgende:
knup er een heeeeeeeeel lang touw aan.... meten is weten, fuck de berekeningen
TR08zondag 26 augustus 2007 @ 17:07
quote:
Op zondag 26 augustus 2007 16:48 schreef Gobo het volgende:
knup er een heeeeeeeeel lang touw aan.... meten is weten, fuck de berekeningen
Je vergeet dan wel even dat de ballon minder hoog komt door het gewicht van het touw. Ooit 10km vliegertouw gewogen?
Bronzondag 26 augustus 2007 @ 17:13
quote:
Op zondag 26 augustus 2007 17:07 schreef TR08 het volgende:

[..]

Je vergeet dan wel even dat de ballon minder hoog komt door het gewicht van het touw. Ooit 10km vliegertouw gewogen?
visdraad?
Currizondag 26 augustus 2007 @ 17:19
ook 10km visdraad is best zwaar

Ik denk dat je een ballon met een doorsnede van min. 2.48m nodig hebt, touw niet meegerekend...
Wil je touw er ook nog bij wegen, dan zit je al snel aan een ballon met doorsneden van min. 3.50 te denken neem ik aan
Beckhamzondag 26 augustus 2007 @ 17:31
quote:
Op zondag 26 augustus 2007 17:19 schreef Curri het volgende:
ook 10km visdraad is best zwaar

Ik denk dat je een ballon met een doorsnede van min. 2.48m nodig hebt, touw niet meegerekend...
Wil je touw er ook nog bij wegen, dan zit je al snel aan een ballon met doorsneden van min. 3.50 te denken neem ik aan
hmm, daarbij zet de ballon niet uit naar mate die hoger komt ?
in het leger werkte we met waterstof ballonen (denk +/- 1.50 - 2.00 meter doorsnede) voor meteo en die dingen zetten behoorlijk uit naarmate die hoger kwam
Haushoferzondag 26 augustus 2007 @ 18:03
De totale kracht naar beneden uitrekenen ( F=m*g), en de opwaartse kracht uitrekenen door het dichtheidsverschil van lucht en Helium. Het verschil daartussen is je resulterende kracht omhoog. Dan moet je nog ff weten hoeveel Helium er ontsnapt uit je ballon enzo, en als ie heel hoog komt moet je verschillende luchtlagen in je berekening meenemen

Je kunt bij een gegeven hoogte de benodigde resulterende kracht uitrekenen, en dit is via het dichtheidsverschil verbonden met het benodigde volume van je ballon.
Schonedalzondag 26 augustus 2007 @ 21:06
Je neemt gewoon een zo groot mogelijke ballon
Het toestel dat er aan hangt meet de hoogte, op de gewenste hoogte knipt de sluiter en laat je de ballon leeglopen.
Ga je dan ook naar oost Siberie om hem even op te halen?
Orealozondag 26 augustus 2007 @ 21:54
quote:
Op zondag 26 augustus 2007 21:06 schreef Schonedal het volgende:
Je neemt gewoon een zo groot mogelijke ballon
Het toestel dat er aan hangt meet de hoogte, op de gewenste hoogte knipt de sluiter en laat je de ballon leeglopen.
Ga je dan ook naar oost Siberie om hem even op te halen?
Zo'n simpele oplossing is natuurlijk wel een goede.
Maar dat komt echt niet in Oost-Siberië terecht, vergelijkbare test was dat ding 15kilometer van de opstijgplek op te halen, en die ging naar 32km hoogte!
Drumpiezondag 26 augustus 2007 @ 23:04
tvp
thijsdetweedemaandag 27 augustus 2007 @ 01:04
quote:
Op zondag 26 augustus 2007 18:03 schreef Haushofer het volgende: Dan moet je nog ff weten hoeveel Helium er ontsnapt uit je ballon enzo, en als ie heel hoog komt moet je verschillende luchtlagen in je berekening meenemen
Ware het niet dat de druk me minstens zo belangrijker lijkt voor de maximale hoogte dan de lekke ballon; na 1 kilometer is de luchtdruk al met zo'n 100 hPa (10%) gezakt.
Als we uitgaan van een luchtdichte ballon die netjes elastisch is en je vult hem met Helium, nemen we volgens mij gewoon de hoogte waar de dichtheid van de omringende lucht net zo hoog is als die van helium. Als we daar een beetje mee schmieren en de invloed van de afnemende temperatuur op de dichtheid van helium verwaarlozen, kom je zo'n beetje uit op een kilometer of 10. Da's dus een stuk lager dan je gewenste 30: Dat kan je lijkt me niet halen met een heliumballon.
TR08maandag 27 augustus 2007 @ 09:32
quote:
Op maandag 27 augustus 2007 01:04 schreef thijsdetweede het volgende:

[..]
-verhaal-
Als we daar een beetje mee schmieren en de invloed van de afnemende temperatuur op de dichtheid van helium verwaarlozen, kom je zo'n beetje uit op een kilometer of 10. Da's dus een stuk lager dan je gewenste 30: Dat kan je lijkt me niet halen met een heliumballon.
Hoe kom jij op 10km? Neem je bij je elastische ballon ook mee dat naarmate hij uitrekt de helium tov de omringende lucht meer gecomprimeerd wordt?
thijsdetweedemaandag 27 augustus 2007 @ 09:52
Ik vergeet mijn fysica, geloof ik. Naar mate de kamer groter wordt, neemt de dichtheid van het helium toe, zeg je dat nou? Leg eens uit?
Ik weet dat ik natte vinger bezig ben geweest, maar volgens mij is je evenwichtshoogte gewoon het moment dat de dichtheid binnen en buiten de ballon gelijk is. En het volume van de ballon is hier vrijwel uitsluitend afhankelijk van de luchtdruk, volgens mij.

In termen van Archimedes: Zoek de hoogte waar de dichtheid van lucht dusdanig is dat de opwaartse kracht geleverd door de verplaatste lucht gelijk is aan de zwaartekracht werkend op de ballon.
en_door_slechtmaandag 27 augustus 2007 @ 10:17
quote:
Op maandag 27 augustus 2007 09:52 schreef thijsdetweede het volgende:
Ik vergeet mijn fysica, geloof ik. Naar mate de kamer groter wordt, neemt de dichtheid van het helium toe, zeg je dat nou? Leg eens uit?
Ik weet dat ik natte vinger bezig ben geweest, maar volgens mij is je evenwichtshoogte gewoon het moment dat de dichtheid binnen en buiten de ballon gelijk is. En het volume van de ballon is hier vrijwel uitsluitend afhankelijk van de luchtdruk, volgens mij.

In termen van Archimedes: Zoek de hoogte waar de dichtheid van lucht dusdanig is dat de opwaartse kracht geleverd door de verplaatste lucht gelijk is aan de zwaartekracht werkend op de ballon.
Waar hij op doelde was w.s. het vullen: als je dan je ballon laat groeien, neemt de dichtheid van helium toe. En je moet dus weten wat de kracht is die de ballon op het gas uitoefent.
TR08maandag 27 augustus 2007 @ 11:45
quote:
Op maandag 27 augustus 2007 09:52 schreef thijsdetweede het volgende:
Ik vergeet mijn fysica, geloof ik. Naar mate de kamer groter wordt, neemt de dichtheid van het helium toe, zeg je dat nou? Leg eens uit? -knip-
Het gaat om het verschil in dichtheid van de helium in de ballon en de lucht erbuiten.

Naarmate je stijgt neemt de luchtdichtheid af. Daardoor rekt de ballon. Doordat de ballon rekt gaat deze meer kracht op de helium uitoefenen. Wat daardoor gebeurt is dat het dichtheidsverschil tussen helium in de ballon en lucht buiten de ballon kleiner wordt. Daar doelde ik op.
Door het afnemende dichtheidsverschil neemt je stijgkracht af.
Schonedalmaandag 27 augustus 2007 @ 17:22
quote:
Op maandag 27 augustus 2007 09:32 schreef TR08 het volgende:

[..]

Hoe kom jij op 10km? Neem je bij je elastische ballon ook mee dat naarmate hij uitrekt de helium tov de omringende lucht meer gecomprimeerd wordt?
Over dit vraagstuk kun je een leuk proefje uitvoeren:
Blaas een ballon op en sluit hem aan op een watermanometer, hiermee meet je de overdruk in de ballon aan de hand van het hoogteverschil in de U buis.
Laat via een kraantje de lucht uit de ballon lopen, tegen het einde zie je de druk dramatisch oplopen.
Dat is ook de reden waarom het opblazen van een ballon in het begin zo moeilijk gaat.
Laat je een opgeblazen ballon los zodat hij als een raket gaat werken tijdens het leeglopen dan gaat hij op het eind ook veel sneller.
Conclusie: In een slappe ballon is de druk veel hoger dan in een stevig opgeblazen ballon.