Byg din egen varmluftballon. Foto: Gianandrea Villa / Unspash

Byg din egen varmluftballon. Foto: Gianandrea Villa / Unsplash

Flyv med varmluft ballon

Lav din egen varmluftballon

Varm luft fylder mere end kold, og det udnyttes i en varmluftballon. I dette forsøg kan du ganske let lave en varmluftballon, der er meget flyvedygtig!

  1. Til en varmluftballon skal du bruge

    • 3 store affaldsposer af polyethylen (af den tynde, knitrende type), højde 60 cm, omkreds: 120 cm
    • 6 strimler af 3 cm. bred og 20 cm. lang karton, eller 4 strimler af 30 cm.
    • Hæfteklammemaskine og tape
    • Porcelænsskål eller lignende
    • Hårtørrer
    • En tot vat med lampeolie
    • EKSTRA: Hvis du vil lave en kurv med brændsel, skal du bruge:
    • Underskål fra fyrfadslys med fire huller til ophæng
    • Tråde: Pil en elektrisk ledning fra hinanden og brug enkelt-lederne til tråde for ophænget
  2. Sådan gør du

    1. Ballonhylstret fremstilles af tre affaldsposer, der er sat sammen, så hylstret er meget aflangt. Forneden udspændes hylstret - i mundingen - af en 4- eller 6-kantet papkant.

    2. Poserne sættes sammen med tape, pas på I ikke bruger mere tape end absolut nødvendigt (af hensyn til vægten!). Klip de 2 poser op, mens I sætter dem sammen. Dekorér hylstret flot med store tushpenne.

    3. Papstrimlerne bukkes, således at halvdelen kommer op langs posen og resten indad i en ret vinkel.

    4. Pappet limes på posen med limstift eller tape, og samlingerne i paprammens hjørner forstærkes med en hæfteklamme- så er der en god, stabil åbning (munding) i hylstret.

    5. På jorden anbringes nu et brænderkar, fx en lille porcelænsskål. For at puste hylstret op og som første del af forsøget, skal du bruge en elektrisk hårtørrer.

    6. Når I har prøvet at flyve med hårtørreren som varmekilde, så sæt gang i brændslet (det tager et øjeblik, før det flammer fuldt op), varm ballonen godt op og flyv!

    Hvilket forsøg faldt bedst ud?

    Lav en konkurrence mellem flere ballonhold. Det viser sig nemlig, at “is i maven” og masser af varme ved opsendelsen betyder meget for succes’en.

    Har I styr nok på jeres eksperiment, så kan brændslet komme med op at flyve (se næste trin).

  3. Sådan flyver varmluftballonen med brændsel

    1. Hæng en underskål fra et fyrfadslys op i fire tråde i selve rammen

    2. Put brændslet deri

    VIGTIGT: Gør det kun, når I har helt styr på mængden af brændstof – ellers kan den flyve for langt væk og i værste fald sætte ild til noget!

    Pas på vinden! Ballonen kan let flyve langt væk, selv om den ikke selv medfører sit brændsel!

  4. Derfor virker det

    Som ved de "rigtige" varmluftballoner handler det om ved modellen:

    1. at fortrænge så meget luft fra omgivelserne som muligt (stor volumen)
    2. med luft af mindre massefylde (luft så varm som mulig)
    3. uden at ballon og udstyr i sig selv bliver for tung.

    Er disse betingelser til stede, kan ballonen lette og flyve med vinden.
    Se regnestykket længere nede.

Mere om forsøget med varmluftballon

Beregning af bæreevnen:
Bæreevnen for ballonen beregnes som følger, mens lampeolien brænder bedst (2-3 minutter over ilden):

  • Lufttemperatur i omgivelser = 20 °C
  • Lufttemperatur i ballon = 100 °C (gennemsnit i posen)
  • Posens rumfang er 187 liter
  • Vægt af fortrængt luft ved 20 °C = 225,0 g
  • luftens vægt i posen ved 100 °C = 177,0 g
  • Luftens bæreevne = 48 g

Herfra trækkes

  • pose 20,5 g
  • papkant 9,5 g

Det vil sige, at lasteevnen = 18,0 g

Hvilken luft kommer i?

Det er ikke ligegyldigt, hvilken “røggas”, vi fylder i posen, når ballonen skal op at flyve. I regnestykket har vi tilladt os at regne med atmosfærisk luft ved 100 °C. Men vi fylder posen delvist med røggas fra afbrændingen af et eller andet brændsel.

Kemiske beregninger viser, at røg fra tørsprit, træsprit, sprit og butan (flaskegas) altid giver en massefylde (vægtfylde) under den atmosfæriske luft. Så ovenstående tilnærmelse til atmosfærisk luft er altså god nok!

Til fysikforsøgene

I det følgende gives nogle ideer til relevante spørgsmål, der kan løses på gymnasie-/HF niveau (se også litteraturlisten):

  1. Lav reaktionsskemaer for forbrændingerne og find middelmolmassen for røggassen for flere, relevante brændsler.
  2. Hvordan ændres ballonens bæreevne, når den stiger?
  3. Hvordan finder man ud af, hvor højt ballonen kom op at flyve?
  4. Kan man få en sort ballon til at flyve helt uden brændsel?

Litteratur til forsøgene

Kurt Jakobsen: Fysik i opdrift, F & K forlaget, 1990 (introduktionsforløb til gymnasiet).

Chr. Michelsen: Ballon-projekt, 1984. (Idé-materiale til alle mulige beregninger, Christian kan kontaktes på 46 35 34 44).

E. Nørgaard: Den gik alligevel Granberg, 1970. (Om drømme og realiteter bag en ballonfærd).

Ole Anton Haugland: Hot Air Ballooning in Physics Teaching, fra The Physics Teacher, AAPT, April 1991, vol.  29/4.

Flere eksperimenter