Is vacuum lichter dan lucht?

[Verwijderd]

Even een klein vraagje waar ik al een tijdje mee zit aan de wetenschappers hier
Als je kijkt naar de dichtheid van een stof zal door de zwaartekracht de stof met een kleinere dichtheid altijd boven een stof met een grotere dichtheid proberen te komen. Hoe zit het dan echter met vacuum? In feite is dit de zo kleinst mogelijke dichtheid: wel een inhoud, maar geen deeltjes. Er is dan ook niets dat aangetrokken kan worden door de zwaartekracht. Het lijkt me dus ook dat het hier op aarde een enorme stijgkracht tov lucht moet hebben, in elk geval meer dan bijvoorbeeld waterstof.

[Verwijderd]

Klopt. Alleen iets met vacuum erin moet stevig zijn wil het niet bezwijken onder de druk van de atmosfeer. Waterstof b.v. kan onder dezelfde druk blijven in bv. een ballon.

[Verwijderd]

hehe, je hebt denk ik al een idee welke kant ik op wil gaan
Waarom word er dan geen gebruik van gemaakt? Zo groot zullen die krachten toch ook weer niet zijn. Een space shuttle in de ruimte zal met dezelfde krachten te maken hebben, alleen dan van binnen naar buiten. En zo extreem dik zijn de wanden volgens mij toch niet. Of kost het in verhouding teveel energie om een vacuum te creeren?

[ Voor 3% gewijzigd door Verwijderd op 11-04-2003 16:17 ]

[Keida]

Ehm. Haal je nu niet een aantal dingen door elkaar?

Ten eerste. Dichtheid = (uiteraard) Massa / volume, Van een stof. Lucht, als je dat neemt als een stof, heeft dus een dichtheid.

Vacuum is eigenlijk geen stof. Vacuum is de benaming van een toestand van een gas waarbij geldt: P(vacuum) = P lim naar -oneindig. Vaccuum als een toestand heeft dus geen dichtheid. Wat je bedoelt is dus de lucht (hiermee oppassen, is lucht in vaccuum ook echt lucht? Definieren we lucht niet als deeltjes in ruimte in een gastoestand? ) in het vacuum.

Inderdaad zal de dichtheid van die lucht de 0 naderen, als je deeltjes wegzuigt! (lim Dichtheid van Massa(vacuum) ~0), maar zo gauw er maar 1 atoom is blijven rondzwerven komt die dus boven de 0 uit (licht er natuurlijk ook aan hoe je die lucht definieert).

Verder suggereer je dat in een vaccuum niets aangetrokken kan worden.... Dat zou zo zijn, als je alle deeltjes weggezogen hebt. Maar neem nou eens een model. En laten we dan voor de grap ( ) eens de Ruimte nemen.

De Ruimte is bijna een vacuum, tenminste, tov van vele toestanden in het helaal bezit het bijna geen druk. Op zich heb je wel enigszins gelijk.... Als je uit een spaceshuttle springt, dan val je niet naar beneden op de grond van de ruimte... Nee in tegendeel, je blijft zweven....

Maar waarom blijf je zweven? Juist. Omdat de som van de krachten die op je werken nul is. Met andere woorden, de kracht die alle objecten met een massa M op je uitoefenen is 0 (ervanuitgaande dat je ook daadwerkelijk niet beweegt, dicht bij de aarde wordt je uiteraard aangetrokken door de Aarde, in feite wordt je ook aangetrokken door de spaceshuttle). En daarmee komen we bij het onderscheid dat je in jouw redenering moet maken..

- In een leeg vaccuum: één elementair deeltje: dus geen krachten anders dan die van het deeltje: dus geen aantrekkingskrachten

- Vacuum als bijv de Ruimte: Meerdere deeltjes, druk is lim -> -oneindig, maar deeltjes trekken elkaar aan: wel aantrekkingskrachten.

[Verwijderd]

Redkef schreef op 11 April 2003 @ 16:22:
Vacuum is de benaming van een toestand van een gas waarbij geldt: P(vacuum) = P lim naar -oneindig.

Zou je dat even uit kunnen leggen?
P=druk, lim=limiet?

Redkef schreef op 11 April 2003 @ 16:22:
Verder suggereer je dat in een vaccuum niets aangetrokken kan worden....

Ik bedoel dat vacuum zelf niet aangetrokken kan worden, het is immers geen stof. Voorwerpen in een vacuum kunnen natuurlijk wel aangetrokken worden, al is het dan eigenlijk geen vacuum meer

[Keida]

Ja P=druk en lim = limiet.. Hmm maar nu ik er ff over na denk hoeft dat natuurlijk niet.. mwa, ok, maakt voor de redenatie niet zo heel veel uit, als er maar een luchtledigheid is (vacuum dus)

http://home.hetnet.nl/~genesis/Vacuum.htm

geeft wel een leuke uitleg....

[Verwijderd]

De reden dat we niet massaal vacuüm ballonnen gaan maken is dat de wand van een ballon zo sterk moet zijn dat een kleine ballon te zwaar is om op te stijgen. Het gaat om de gemiddelde dichtheid van de gehele ballon dus bij een heliumballon is dit de massa van het helium (dit is vrij weinig 200 gram per m³) en de massa van het rubber gedeelt door het volume. Bij de vacuüm ballon moet je de massa van de wand delen door het ingenomen volume van de ballon. Omdat de wand hier erg zwaar is zal de ballon niet eens opstuigen als deze niet zeer groot is.

[Varienaja]

Houd je mond goed dicht. Pers met je tong alle lucht eruit. Probeer nu je tanden van elkaar te doen zonder dat er lucht in je mond komt.

Zo moeilijk is het om een vacuum te maken binnen de aardse atmosfeer.

[Verwijderd]

Varienaja schreef op 11 april 2003 @ 17:43:
Houd je mond goed dicht. Pers met je tong alle lucht eruit. Probeer nu je tanden van elkaar te doen zonder dat er lucht in je mond komt.

Zo moeilijk is het om een vacuum te maken binnen de aardse atmosfeer.

Ik neem aan dat dit komisch bedoelt is, want op deze manier krijg je alleen een lichte onderdruk en niet iets wat enigszins in de buurt van vacuüm komt.

[Verwijderd]

Uit de Binas: bij normale luchtdruk en 0 graden celsius:

1 m³ lucht weegt 1.293 kg
1 m³ helium weegt 0.178 kg
1 m³ waterstof weegt 0.090 kg
1 m³ vacuum weegt 0.000 kg

In de lucht:

1 m³ lucht kan 1.293 - 1.293 = 0.000 kg opheffen
1 m³ helium kan 1.293 - 0.178 = 1.115 kg opheffen
1 m³ waterstof kan 1.293 - 0.090 = 1.203 kg opheffen
1 m³ vacuum kan 1.293 - 0.000 = 1.293 kg opheffen

De "draagkracht" van vacuum is dus ongeveer 7% hoger dan die van waterstof en ongeveer 16% hoger dan die van helium. (Voor ballonnen wordt meestal helium gebruikt omdat het niet brandbaar is (edelgas), terwijl waterstof extreem brandbaar is.)

Stel dat je 100 kg wilt opheffen, dan heb je ongeveer 83.3 m³ waterstof nodig. Als je dit in een bol stopt is de doorsnede van de bol zo'n 5,41 meter. Als je 100 kg met een vacuum bol wilt opheffen, dan heb je ongeveer 77.3 m³ vacuum nodig. Dit is een bol van zo'n 5,29 meter in doorsnede.

Dus: om 100 kilo op te tillen, zal je ballon 12 cm kleiner kunnen in doorsnede als je vacuum in plaats van waterstof zou gebruiken. Geen gigantische winst lijkt me.

Een bol van 5.29 meter doorsnede heeft een oppervlakte van zo'n 88 m². Bij een druk van 1 bar krijg je dan een kracht van 88000 Newton op je bolwand. Dit is equivalent met de kracht dat een gewicht van 8970 kg uitoefent. Je moet dus wel een vrij stevige bol maken om 12 cm winst in de doorsnede te boeken!

edit:
klein foutje verbeterd

[ Voor 4% gewijzigd door Verwijderd op 11-04-2003 19:21 ]

[Verwijderd]

Het is niet zo'n rare gedachte om luchtballonnen te maken die luchtledig gemaakt zijn. Er zijn met die nieuwe ontwikkeling op zeppelin gebied wel testen gedaan. De ballon was dan geen ballon maar een heel stijf aluminium geraamte dichtgemaakt met platen. Weet niet wat de huidige stand van zaken op dit gebied is.

[CrashOne]

Het lijkt mij dus totaal onzinnig om een ballon te maken die een vacuum aan kan. Het gewicht dat deze moet kunnen verdragen zal nooit in verhouding staan met wat je kan berijken met een simpele ballon en bijv. helium.

Om maar even op de stelling terug te komen, tussen de moleculen van een stof is het een vacuum. think about it...

[GeeBee]

Je maakt in mijn ogen een paar denkfouten in je openingspost.
- Zwaartekracht zorgt er voor dat het zwaarste naar onderen wordt getrokken, dus niet dat het lichtste probeert boven te komen. Dat is wel het uiteindelijke resultaat, maar het zwaarste wordt het meeste aangetrokken.

- Verder zie ik het vacuum niet als iets, maar als de afwezigheid van alles. Net zoals koude op zich niets is, maar de afwezigheid van warmte. Je kunt iets zeg maar niet koud maken, maar wel de warmte ervan afvoeren. Evenzo kun je ook geen vacuum maken maar de lucht wel ergens uithalen. Op aarde moet een vacuum dus altijd in iets zitten, bijvoorbeeld een luchtdicht blik.

In je tweede post probeer je een raket voort te stuwen door een vacuum omdat dat het meeste probeert naar onderen te komen. Helaas dus. Je moet echt iets hebben wat de zaak voortstuwt om de ontsnappingssnelheid te bereiken. Balonnen stijgen niet snel genoeg in hogere regionen van de dampkring omdat de omringende lucht steeds ijler wordt. Een vacuum ballon komt uiteindelijk terecht in het vacuum van de ruimte en zou dan niet verder kunnen stijgen omdat de omringende "lucht" hetzelfde soortelijke gewicht heeft.
En dan heb ik het nog niet eens over de masse van het ruimte schip zelf...

[Verwijderd]

GeeBee schreef op 11 April 2003 @ 23:18:
Je maakt in mijn ogen een paar denkfouten in je openingspost.
- Zwaartekracht zorgt er voor dat het zwaarste naar onderen wordt getrokken, dus niet dat het lichtste probeert boven te komen. Dat is wel het uiteindelijke resultaat, maar het zwaarste wordt het meeste aangetrokken.

Ik denk niet dat hier sprake is van een denkfout, hooguit noemt hij op een slordige/snelle manier een fenomeen zonder dit wetenschappelijk te onderbouwen.

- Verder zie ik het vacuum niet als iets, maar als de afwezigheid van alles. Net zoals koude op zich niets is, maar de afwezigheid van warmte. Je kunt iets zeg maar niet koud maken, maar wel de warmte ervan afvoeren. Evenzo kun je ook geen vacuum maken maar de lucht wel ergens uithalen. Op aarde moet een vacuum dus altijd in iets zitten, bijvoorbeeld een luchtdicht blik.

Dit zegt hij toch ook ..."wel een inhoud, maar geen deeltjes. Er is dan ook niets dat aangetrokken kan worden door de zwaartekracht." Ik zie hier de denkfout ook niet.

In je tweede post probeer je een raket voort te stuwen door een vacuum omdat dat het meeste probeert naar onderen te komen. Helaas dus. Je moet echt iets hebben wat de zaak voortstuwt om de ontsnappingssnelheid te bereiken. Balonnen stijgen niet snel genoeg in hogere regionen van de dampkring omdat de omringende lucht steeds ijler wordt. Een vacuum ballon komt uiteindelijk terecht in het vacuum van de ruimte en zou dan niet verder kunnen stijgen omdat de omringende "lucht" hetzelfde soortelijke gewicht heeft.
En dan heb ik het nog niet eens over de masse van het ruimte schip zelf...

Hier heeft hij het helemaal niet over: het enige moment dat hij het over een space shuttle heeft is als hij het over de krachten heeft tussen iets met een normale luchtdruk en een vacuum, wat dus ook bij een space shuttle voorkomt, alleen dan andersom: de druk is binnen en het vacuum is buiten.

No flame intended, maar volgens mij heb je de posts van de topic starter niet helemaal goed gelezen/begrepen.

[Verwijderd]

Ok, de winst ivm bv. waterstof is erg gering. Maar het gaat de TS er meer om of het in theorie mogelijk is. Dan lijkt me het probleem een puur technische. Is er een materiaal dat licht en sterk genoeg is, om een bol te vormen (omdat dat de sterkste vorm is volgens mij), waarin een (bijna-)vacuum heerst, zodanig dat de massa van die bol + inhoud lager is dan de massa van het volume lucht dat deze bol verplaatst? Dat is de vraag dan. Het grote probleem is natuurlijk dat lucht al een relatief lage dichtheid heeft, en een werkbaar verschil in dichtheid tussen de bol en de buitenlucht is dan moeilijk. Een vacuum heeft het grote nadeel t.o.v. bv. waterstof, dat er drukverschil is tussen de inhoud van de bol en de lucht waar die bol zich in bevindt. Helium of waterstof bieden wel een 'tegendruk', waardoor deze kracht niet hoeft te komen van de bol zelf (de schil van het vacuum zeg maar). Het materiaal kan daarom veel lichter zijn, omdat het minder krachten hoeft te kunnen weerstaan. En volgens mij is het sowieso ook al het geval dat het minder moeilijk is om een overdruk in een container te houden, dan onderdruk. Om dat werkbare verschil in totale dichtheid tussen de bol + inhoud en de omgeving te krijgen, zul je een grote bol nodig hebben. Omdat dan relatief de bol zelf (de schil), een steeds kleinere factor in de totaalmassa wordt (en in het geval van een vacuum, is de bol de totaalmassa). De 'schil' zal dan echter wel zeer dun moeten zijn, om niet de winst die behaald wordt door het ontbreken van de massa van de waterstof of helium, teniet te doen door de massa van de 'schil'. Een kwestie van dichtheid. Ideaal zoek je een materiaal met een dichtheid, die de dichtheid van lucht benadert. Iets dat me zeer moeilijk lijkt. De dichtheid zal dus waarschijnlijk zelfs bij de sterkste en lichtste materialen beduidend hoger zijn dan die van lucht. Hoe hoger de dichtheid, hoe minder materiaal er gebruikt kan worden om het vacuum te omspannen, zonder dat de massa te veel wordt. De massa van de 'schil' moet minder zijn dan het verschil in massa tussen een vacuum en bv. de waterstof die in de bol zou moeten, om het totaal lichter te maken dan de lucht die het verplaatst. Om een dergelijk kleine massa over zo'n oppervlak te verdelen, zal het materiaal inderdaad zeer dun moeten zijn. En een dergelijk dunne laag van om het even welk materiaal is niet sterk genoeg om de krachten op een dergelijk grote bol te kunnen weerstaan.

Dus het zijn in weze 2 problemen:

• 1) een praktisch probleem, om een zodanig licht materiaal te vinden dat toch zulke relatief sterke krachten kan weerstaan. Relatief aan de dichtheid/massa moet dat een fenomenaal sterk materiaal zijn.

• en 2) een economisch 'probleem'. De winst van een verschil van 7% of 12% ten opzichte van waterstof of helium, weegt niet op tegen de kosten van research en development, of de operating kosten (onderhoud, veiligheid, enz.), van een dergelijke constructie.

_{ja, ik kom ook wel eens in deze uithoek van het forum. heb ik 'dergelijk' vaak genoeg gebruikt..}

[silentsnow]

Laat ik het zo stellen: Vacuum is lichter dan lucht.

Waarom? Pak een buis en weeg hem. Pak nu diezelfde buis en haal zoveel mogelijk lucht eruit met een speciale pomp. Weeg het nu weer. Je zal zien dat de buis de tweede keer lichter is dan de eerste keer.

[GeeBee]

Verwijderd schreef op 12 April 2003 @ 03:18:
[...]
No flame intended, maar volgens mij heb je de posts van de topic starter niet helemaal goed gelezen/begrepen.

Dat kan best
Als er antwoord gegeven moet worden op zijn topicvraag: ja vacuum is lichter dan lucht, daar zijn we het over eens. Verder moet Kinat dan nog maar eens goed uitleggen hoe dat vacuum verder gebruikt moet worden.

[Verwijderd]

Verwijderd schreef op 11 April 2003 @ 19:16:
1 m³ helium kan 1.293 - 0.178 = 1.115 kg opheffen
1 m³ vacuum kan 1.293 - 0.000 = 1.293 kg opheffen

hm, kan je dit zo wel uitrekenen?
Als dat klopt dan valt de 'stijgkracht' van vacuum me best wel tegen. Dan weegt het nadeel van de veel zwaardere wand ivm de krachten inderdaad niet op tegen de iets grotere stijgkracht van een vacuum ten opzichte van waterstof of helium.

Verwijderd schreef op 12 April 2003 @ 03:18:
[...]


Ik denk niet dat hier sprake is van een denkfout, hooguit noemt hij op een slordige/snelle manier een fenomeen zonder dit wetenschappelijk te onderbouwen.

precies, ik wou het een beetje kort houden voor de overzichtelijkheid

GeeBee schreef op 11 april 2003 @ 23:18:
- Verder zie ik het vacuum niet als iets, maar als de afwezigheid van alles. Net zoals koude op zich niets is, maar de afwezigheid van warmte. Je kunt iets zeg maar niet koud maken, maar wel de warmte ervan afvoeren. Evenzo kun je ook geen vacuum maken maar de lucht wel ergens uithalen. Op aarde moet een vacuum dus altijd in iets zitten, bijvoorbeeld een luchtdicht blik.

Dat zijn we dan met elkaar eens
Al had ik voor de duidelijkheid misschien wel beter volume in plaats van inhoud kunnen zeggen. Maar daar dacht ik pas aan toen ik al in bed lag

In je tweede post probeer je een raket voort te stuwen door een vacuum omdat dat het meeste probeert naar onderen te komen. Helaas dus. Je moet echt iets hebben wat de zaak voortstuwt om de ontsnappingssnelheid te bereiken. Balonnen stijgen niet snel genoeg in hogere regionen van de dampkring omdat de omringende lucht steeds ijler wordt. Een vacuum ballon komt uiteindelijk terecht in het vacuum van de ruimte en zou dan niet verder kunnen stijgen omdat de omringende "lucht" hetzelfde soortelijke gewicht heeft.

Wie heeft het over het voortstuwen van een raket in een vacuum
Ik heb het alleen over het benutten van de stijgkracht van een vacuum hier op aarde... En dat verhaaltje van een space shuttle was zoals John_Smith al opmerkte puur om een idee te krijgen van de druk die ontstaat van een vacuum tegenover de atmosferische omstandigheden op aarde.

GeeBee schreef op 12 April 2003 @ 10:24:
[...]
Als er antwoord gegeven moet worden op zijn topicvraag: ja vacuum is lichter dan lucht, daar zijn we het over eens. Verder moet Kinat dan nog maar eens goed uitleggen hoe dat vacuum verder gebruikt moet worden.

Ik probeer er geen toepassingen voor te vinden, ik vroeg me alleen af waarom het niet toegepast wordt. Maar als de bovenstaande berekening klopt dan komt het er in feite gewoon op neer dat de stijgkracht van een vacuum hier op aarde niet opweegt tegen het gewicht van het omhulsel dat die krachten kan weerstaan. Ik had al een vermoeden in deze richting, maar ik wist het niet zeker omdat ik geen flauw idee had van de stijgkracht van een vacuum in deze atmosfeer. Als die inderdaad maar iets meer dan die van helium of waterstof blijkt te zijn dan is het wel duidelijk waarom het niet gebruikt wordt

[Verwijderd]

De berekening klopt wel denk ik: dit is gewoon de wet van Archimedes.

[Verwijderd]

Ik denk dat je een best een vacuüm ballon kunt maken, want de dichtheid van de ballon is de massa gedeeld door het totale volume, en deze massa zit alleen in de wand en hangt dus alleen maar af van het oppervlak. Aangezien bij het groter maken van de ballon het volume sneller stijgt als het oppervlak zal er dus altijd een volume zijn waarbij de dichtheid van de ballon gelijk is aan of kleiner dan de dichtheid van lucht.

Hoe groot dit volume precies is hangt van het gebruikte materiaal van de wand af. Bij een materiaal als koolstofvezel of aluminium zal het nog wel een haalbare grootte zijn. Bij een materiaal als beton zal het onwerkbaar groot worden, ook omdat de wand erg dik moet zijn om zijn eigen gewicht aan te kunnen.

[Verwijderd]

Wie weet... tot nu toe schijnt het niet gelukt te zijn. Ik zag net dat er wel veel mensen mee bezig zijn (geweest), zoek bijvoorbeeld eens op "vacuum balloon" in Google of in newsgroups. Een vaker terugkerend idee is om een dubbele ballon (twee wanden die stevig aan elkaar zitten door heel veel draadjes ofzo) te maken met een dun laagje lucht onder hoge druk ertussen wat dan het instorten van de ballon zou tegen moeten gaan...