Wie dreht ein Heißluftballon

[UliH]

AW: Wie dreht ein Heißluftballon

Böen sind immer ein Nullsummenspiel. Wenn also eine Böe von vorn kommt, muss anschließend wieder eine von hinten kommen. Ansonsten würde sich ja die mittlere Stärke des Windes ändern. Eine an einem Ballon befindliche Windfahne würde sich zwar nach einer Böe ausrichten, sich anschließend aber wieder um 180° drehen da der Wind ja wieder abnehmen muss. Nur ein sich drehendes Teil, z.B. ein Windstärkemesser mit umlaufenden Halbkugeln, wird sich bei jeder Änderung der Windstärke immer in die gleiche Richtung drehen. Wenn also ein Ballon oder Fallschirm entsprechend asymmetrisch gebaut ist, kann er sich in turbulenter Luft zwar drehen, aber niemals konstant in eine bestimmte Richtung zum Wind ausrichten.
Auch ist die Böenrichtung nicht an die Windrichtung gebunden. Eine Böe kann aus jeder Richtung und auch von Oben oder Unten kommen, eine Ausrichtung wäre also höchsten nach der Richtung der auftreffenden Böen möglich, niemals aber nach der Richtung des Grundwindes.

[Gast]

AW: Wie dreht ein Heißluftballon

... aufsummieren?

hmmm... also einen resultierenden Vektor bekomme ich schon mal nicht, hmmm.. was mach ich mit dem m aus den Nm, hmmm..

Aber ich verstehe dann nicht, worauf du mit dem Autobeispiel hinaus wolltest. Offensichtlich richtet es sich doch halbwegs aus, es kippt nicht nicht und steigert seine Rotation, sondern eiert halt halbwegs stabil lustig herum.

Edit: Ach so. Also es richtet sich nicht bezüglich irgendeiner Bö oder einer Scherung oder Turbulenzen in einer bestimmten horizontalen Richtung aus. Das rumeiern überlagert das total.

Hier noch ein netter Clip mit Humvees und Fallschirmen und unsanften Landungen:

https://www.youtube.com/watch?v=vIf7bcxsPlY

[kerim]

AW: Wie dreht ein Heißluftballon

Die "Ausrichtungs-Gegner" fallen leider regelmäßig auf den gleichen Denkfehler rein: sie gehen vom homogenen Luftpaket aus, welches sich mit konstanter (Wind-)Geschwindigkeit bewegt.

Und "Ausrichtungs-Befuehrworter" überschätzen die Größenordnungen Kräfte die durch das Phänomen ausgeübt werden und glauben dass es dabei eine "Richtung" gibt in der sich etwas Ausrichtet.

[kerim]

AW: Wie dreht ein Heißluftballon

Nur ein sich drehendes Teil, z.B. ein Windstärkemesser mit umlaufenden Halbkugeln, wird sich bei jeder Änderung der Windstärke immer in die gleiche Richtung drehen.

Auch hier dreht sich nur etwas solange es eine stabile mit der Erde verbundenen Achse gibt die durch die Kuegelgelagerte Mitte des Windrades läuft. Ohne die feste Achse wird sich so ein Winstaerkenmesser kaum drehen. Das Ding würde einfach als Gesamtpaket nach hinten geschoben werden. Könnte man vielleicht fuer einen Versuchsaufbau verwenden. Einfach den Windmesser auf einen Wagen vor ein Gebläse stellen. Wenn man den Wagen festhält und das Gebläse anwirft drehen sich das Windrad.
Im zweiten Durchgang wirft man das Gebläse an aber lässt den Wagen frei laufen. Nun sollte dieser mit dem Windrad vom Wind vorwärtsgeschoben werden waerend das Windrad still steht.

[Gast]

AW: Wie dreht ein Heißluftballon

Für alle, die, wie ich, bei relativen Luftbewegungen das rumrätseln anfangen, hier noch eine schöne Sache:
DDWFTTW - Dead Downwind Faster Than The Wind. Windgetriebene Vehikel, die bei 100% Rückenwind schneller als der Wind sind. Dabei treibt der Wind einen Rotor, der mechanisch direkt mit den Rädern verbunden ist.

https://www.lockhaven.edu/~dsimanek/museum/ddwfttw.htm

Zudem gibt es offensichtlich Gegenwindfahrer, die also den Gegenwind als Vortrieb nutzen:

https://www.heise.de/newsticker/meldung/Rekord-fuer-rollende-Windraeder-4190143.html

[UliH]

AW: Wie dreht ein Heißluftballon

Hallo Kerim

An einem Ballonkorb o.ä. besfestigt würde es sich sehr wohl drehen: Ändert sich während einer Böe der Windvektor, so braucht der Korb aufgrund der Massenträgkeit etwas Zeit um sich den neuen Gegebenheiten anzupassen. In dieser Zeit gibt es zwischen Korb und umgebender Luft einen Geschwindingkeitsunterschied und dieser würde den Windmesser in Drehung versetzen. Natürlich nur für eine kurze Zeit bis der Ballon sich wieder an den neuen Wind angepasst hat.

[kerim]

AW: Wie dreht ein Heißluftballon

Merwuerdig. Im ersten Link steht die fahre gegen den Wind, im zweiten steht wie fahren mit dem Wind? Jedenfalls sind sie mit der Erde verbunden und 'schummeln' daher...

edit: hier ein video von dem downwind teil mit guten Erklärungen in den ersten beiden comments:

[kerim]

AW: Wie dreht ein Heißluftballon

Hallo Kerim

An einem Ballonkorb o.ä. besfestigt würde es sich sehr wohl drehen: Ändert sich während einer Böe der Windvektor, so braucht der Korb aufgrund der Massenträgkeit etwas Zeit um sich den neuen Gegebenheiten anzupassen. In dieser Zeit gibt es zwischen Korb und umgebender Luft einen Geschwindingkeitsunterschied und dieser würde den Windmesser in Drehung versetzen. Natürlich nur für eine kurze Zeit bis der Ballon sich wieder an den neuen Wind angepasst hat.

Da zitiere ich mich einfach mal selbst...

Bist du dir sicher? Wenn ein Ballon in eine andere Windrichtung abtaucht oder hineinsteigt dauert es ja eine Weile bis er fahrt aufgenommen hat (insgesamt wiegt das Ding ja einiges). Bis dahin spüren die Fahrgäste einen Wind. Wenn jetzt einer der Fahrgäste so eine kleine Luftschraube dabei hat und in diesen Wind hält würde sie sich schon drehen.

[Michael Buck]

AW: Wie dreht ein Heißluftballon

Böen sind immer ein Nullsummenspiel. Wenn also eine Böe von vorn kommt, muss anschließend wieder eine von hinten kommen. Ansonsten würde sich ja die mittlere Stärke des Windes ändern. Eine an einem Ballon befindliche Windfahne würde sich zwar nach einer Böe ausrichten, sich anschließend aber wieder um 180° drehen da der Wind ja wieder abnehmen muss. Nur ein sich drehendes Teil, z.B. ein Windstärkemesser mit umlaufenden Halbkugeln, wird sich bei jeder Änderung der Windstärke immer in die gleiche Richtung drehen. Wenn also ein Ballon oder Fallschirm entsprechend asymmetrisch gebaut ist, kann er sich in turbulenter Luft zwar drehen, aber niemals konstant in eine bestimmte Richtung zum Wind ausrichten.
Auch ist die Böenrichtung nicht an die Windrichtung gebunden. Eine Böe kann aus jeder Richtung und auch von Oben oder Unten kommen, eine Ausrichtung wäre also höchsten nach der Richtung der auftreffenden Böen möglich, niemals aber nach der Richtung des Grundwindes.

Das würde voraussetzen, dass die Turbulenz isotrop ist. Tatsächlich ist jedoch oft die Turbulenz anisotrop, d.h. die existiert ein mittlerer Geschwindigkeitsgradient
(siehe z.B. https://nptel.ac.in/courses/11210411...turbo_flow.htm).

Ich bin kein Experte für atmospärische Strömung, und konnte nur mal kurz recherchieren. Tatsächlich scheinen aber Messungen zu zeigen, dass die Turbulenzstrukturen stark anisotrope Eigenschaften aufweisen. Z.B. in Cheryl Klipp, "Near-surface anisotropic turbulence," Proc. SPIE 7685, Atmospheric Propagation VII, 768505 (4 May 2010); doi: 10.1117/12.849557

Although the smallest scales of turbulence are isotropic, turbulent motion on scale the order of hundreds of meters is
anisotropic. These are also the scales with maximum contribution to the turbulent kinetic energy.

Dabei bin ich auch über einen älteren Artikel aus dem Jahr 1956 gestolpert (https://rmets.onlinelibrary.wiley.co...qj.49708335511), demzufolge die Stärke der berühmten "Luftlöcher" von der Flugrichtung abhängt und diese am stärksten sind, wenn das Flugzeug in Windrichtung fliegt:

Aircraft bumpiness, on occasion, may vary in intensity with the aircraft heading and the maximum bumpiness occurs approximately in the streamline direction.


Keine Ahnung, ob das noch weiter bestätigt wurde.

Ganz generell können wir aber eben nicht davon ausgehen, dass zufällige Schwankungen der Strömung in allen Raumrichtungen im Mittel gleich sind.
Ob sich daraus allerdings systematisch eine Vorzugsrichtung ableitet, kann ich auch nicht sagen. Darüber sollte man evtl. mal genauer nachdenken.

LG, Michael

[RaoulDuke]

AW: Wie dreht ein Heißluftballon

Windgetriebene Vehikel, die bei 100% Rückenwind schneller als der Wind sind. Dabei treibt der Wind einen Rotor, der mechanisch direkt mit den Rädern verbunden ist.
https://www.lockhaven.edu/~dsimanek/museum/ddwfttw.htm

Das würde nicht funktionieren, weil in dem Moment wo das Fahrzeug genau mit Windgeschwindigkeit fährt der Bordwind null ist. Tatsächlich treiben die Räder den Propeller an, der dann für Vortrieb sorgt. Erkennt man auch gut auf dem Bild im verlinkten Artikel - die Formen von Propeller, Mast und Nabe sind ganz offensichtlich auf Anströmung von vorne ausgelegt.

[Gast]

AW: Wie dreht ein Heißluftballon

In der Tat. Es gibt diesen Umkehrpunkt, bei dem der Fahrtwindanzeiger am Fahrzeug von Rückenwind auf Gegenwind umdreht.