Physik von Luftballons - Die Wissenschaft vom Aufblasen eines Luftballons

Mit Luftballons lassen sich die fundamentalen physikalischen Prinzipien der thermodynamischen Stabilität und der spontanen Symmetriebrechung anschaulich demonstrieren. Die Ableitung der Materialgleichung für den Druck eines gasgefüllten Gummiballons führt auf eine nichtmonotone Druck-Radius-Beziehung. Einem gegebenen Druck können bis zu drei verschiedene Radien entsprechen, deren Stabilität durch die Randbedingungen des Systems bestimmt wird. Ein System kommunizierender Luftballons stellt ein Modell für Phasenübergänge. dar, wie sie in unterschiedlichen physikalischen Systemen beobachtet werden. Die Messung der Druck-Radius-Beziehung eines Ballons über ein kommunizierendes U-Rohr-System, die Einstellung der Gleichgewichtslagen eines Systems von zwei Ballons und die Simulation eines Phasenübergangs an einem System von 20 Ballons werden experimentell demonstriert.