Völlig schwerelos

Wie fährt eigentlich ein Ballon? Dieses Feature zu der Serie „Physikalische Phänomene auf dem Nürnberger Volksfest“ beleuchtet nicht nur das Event „Ballonglühen“, sondern auch die physikalischen Phänomene dahinter.

Wir verlieren den Boden unter den Füßen. Wir steigen immer höher und höher. Unter uns wird die Welt immer kleiner und über uns sehen wir einen riesigen Ballon. Die Stille umhüllt uns. Sie wird nur ab und zu von dem Fauchen des Brenners unterbrochen, der uns in der Luft hält. So erlebten ich und meine Familie unsere Heißluftballonfahrt vor ein paar Jahren. Ähnlichen Charme verspricht auch das Ballonglühen am Nürnberger Volksfest.

Auch wenn hier aufgrund der Sicherheitsauflagen kein Heißluftballon wirklich abhebt, überzeugt schon alleine das Ausmaß der Veranstaltung: Es werden sieben Heißluftballons verwendet, deren Hüllen Volumina bis zu 3400 Kubikmeter erreichen. Diese sollen dann abends nach einer kurzen Anheizphase im Rhythmus zu verschiedenen Liedern aufglühen. Der Frankenballon e.V. veranstaltet dieses Event seit 2014 auf der Großen Straße hinter dem Volksfestgelände. Laut Vereinsvorsitzendem Manfred Eckstein handelt es sich dabei um „das Highlight des Abends“.

Das Ballonglühen macht Lust auf mehr

Zuerst werden die Ballons mit kalter Luft aufgeblasen. Foto: Yvonne Horst

Das Aufbauen beginnt bei Abenddämmerung. Die großen Ballonhüllen werden langsam auf dem Boden ausgebreitet und entfaltet. Die Helfer verbinden diese dann mithilfe von Seilen an den Körben. Plötzlich hören die Zuschauer ein lautes Röhren. Das kommt von den leistungsstarken Ventilatoren, die die Helfer und Mitglieder des Vereins einen nach dem anderen einschalten, um die Ballons zuerst mit kalter Luft zu füllen. Währenddessen haben andere Freiwillige die jeweiligen Körbe mit den Autos verbunden, die in der Nähe stehen, um die Fluggeräte an Ort und Stelle zu halten. Auch jetzt ist wieder das Fauchen zu hören. Ein paar Kinder schreien überrascht auf und weichen zurück. Die Gasbrenner erhitzen nun die Luft und die Ballons beginnen, prall zu werden und nach oben zu steigen. Aber nicht lange, denn das Gewicht des Korbes hält sie zurück. Da die Sonne mittlerweile hinter dem Horizont verschwunden ist, tauchen die Gasbrenner die große Betonfläche in ein orange-gelbes Licht.

Die Physik bringt sie zum Schweben

Genau so laufen auch die Vorbereitungen für einen echten Start ab. Doch was lässt diese Heißluftballons so scheinbar mühelos abheben, höhersteigen oder wieder sinken? Erklären lässt sich dieses Phänomen mit der Physik der Thermodynamik. Denn auf alle Objekte, die sich in einem Medium (in unserem Beispiel Luft) befinden, wirkt neben der Gewichtskraft auch noch die nach oben gerichtete Auftriebskraft. Für unser Rechenbeispiel wählen wir den größten Ballon mit einem Volumen von 3400 Kubikmeter. Zu den 245 Kilogramm an Geräten kommen dann noch 7 kg an Mindestausrüstung, vier Gasflaschen zu je 35 kg sowie noch zwei Personen zu je 80 kg hinzu – das ergibt ungefähr 550 Kilogramm. Eigentlich nur schwer vorstellbar, wie dieses Gewicht so mühelos schweben soll, hätte der Philosoph Archimedes nicht schon vor 2000 Jahren darauf eine Antwort gefunden: Nach ihm ist die Auftriebskraft, die auf einen Körper wirkt, genau so groß wie die Gewichtskraft des Mediums, das er verdrängt. Und das erklärt die Größe eines Ballons: Je größer, desto höher ist die potenzielle Auftriebskraft. Damit der Ballon allerdings auch fliegt, muss er die Dichte der Luft in ihm verringern, wodurch diese bei gleichem Volumen weniger wiegt. Dies schafft er durch einen sogenannten Brenner, der Gas in einer heißen Flamme verbrennt und die Luft auf bis zu 110 Grad Celsius erhitzt.
Um das Fluggerät nur zum Aufrichten zu bringen, sind allerdings deutlich weniger notwendig – in unserem Fall mindestens 48 Grad Celsius. Dann übersteigt die Auftriebskraft die Gewichtskraft des Luftfahrzeugs. Sollen allerdings mehr Leute mitfahren oder mehr Ausrüstung transportiert werden, steigt mit dem Gewicht auch die benötigte Ballongröße beziehungsweise Lufttemperatur.
Doch auch im Ballonsport macht der technische Fortschritt keinen Halt: „Es gibt den Trend zu immer leichteren Materialien. Es kann gut sein, dass Hüllen, die in einer bestimmten Größe 110 Kilogramm wogen, durch 40 Kilogramm leichtere ersetzt werden. Bei dem Korb bleibt man aber meistens noch immer beim Weidengeflecht“, erklärt Manfred Eckstein.
Während der Ballon bei einer Fahrt langsam steigt, achtet der Pilot ständig auf die Wetterlage, denn sowohl Niederschlag, Temperatur als auch Wind können die Fahrt gefährden.

Scheinbar schwerelos gleitet der Ballon durch die Lüfte. Foto: Manfred Eckstein

Bald erreicht der Ballon seine Flughöhe zwischen 300 und 3000 Metern über Meereshöhe. Wie lange er auf dieser Höhe bleiben könne, hänge dann von mehreren Faktoren wie Gasvorrat, Beladung und den Wetterbedingungen ab, sagt Eckstein. Das Landen ist danach theoretisch überall möglich, dabei sollte allerdings stehts das mögliche Risiko für alle Beteiligten eingeschätzt werden.

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