两个一大一小的气球大的气球鼓鼓胀胀“气”势汹汹,小的气球干干瘪瘪“气”若游丝。
那么把它们两个连通起来比一比,谁的“力气”会更大呢?快来看一看,结果可能出乎你的预料哦~实验器材两个气球,橡胶软管,透明胶带,所标杯实验步骤第一步:将两个气球吹成一大一小,差距尽量大一些。
第二步:将两个气球分别套在管子两端,用胶带缠紧。
先用手掐住气球口和软管,防止漏气。
第三步:松开手,将软管捋顺。
小气球的气居然很快被大气球吸走了!原理解说相信大多数人直觉肯定认为大气球会把小气球“吹”大,最后两个气球同等大小达到平衡。
为什么结果会这样呢?虽然和大多数人的直觉不同,但细究之后可以发现体系最终也是处于平衡态的。
我们先假设一个极端情况,将一个气球与大气接通——即将一个气球吹大不封口,气球很快被大气“吃掉”变瘪。
不难想象,是气压的相对大小决定了气流流向。
向气球吹气的过程中需要克服橡皮膜的表面张力做功,气球呈向外的凸面,代表球内压强>球外大气压。
吹过气球的同学肯定能感觉到。
吹气过程中,能感受到一开始吹更费劲,吹大后橡皮膜变薄,反而不需要一开始那么大的力去吹。
这对应了“膨胀气球模型”的前两个阶段,如下图所示。
为了安全起见防止爆炸,一般不会吹得过大,后续橡皮膜到了极限弹性形变能力大打折扣,所需的力又将进一步增大,对应了第三个阶段。
“大吃小”也是由于小球球内气压可以比大球内更大。
在初始状态小球比大球气压大,之后大球变大小球变小。
最终两者虽然大小不同,但气压相同达到平衡状态。
(图中红色横线)乍一看有点眼熟,想起了材料学里也有类似的图。
上图为低碳钢拉伸应力——真实应变曲线(虚线代表真实应变,D点代表开始发生塑形形变,截面面积收缩,以实际在缩小的截面面积为分母得出的应变,实线是假设面积仍为初始截面面积的应变),低碳钢碳含量小于0.25%,具有良好的塑形和韧性,初始未拉伸状态状态怎么不算一种“橡皮膜”呢(材料物理不分家)。
观察到最终小气球没有完全变瘪,还留有一小部分气体,而且即使用力挤压也会回复。
这和图像相符,最终两个气球气压相等,但伸长率不等。
编辑:紫竹与