科學實驗 | 鬆開手後,兩個氣球大小如何變化?據說大部分人都搞錯了

2021-02-17 心飄物理
大家都有吹氣球的經歷,在吹的過程中,是否有這樣的感受,剛吹時比較費力,氣球被吹開後,就會越來越輕鬆。為啥開始吹氣球的時候比較費力,越大越省力?為了弄明白其中的原理,我氣球&吸管設計了如下的實驗,供家長朋友給娃普及知識點時做參考。然後,順著孩子的假設,通過設計下面這組實驗來進行檢驗0 通過吸管吹出一個小氣球,對摺吸管用夾子夾住,防止跑氣;接著吹一個更大的氣球,綁在吸管的另一端。0 鬆開夾子,觀察兩個氣球大小會發生怎樣的改變。

0 試驗結果表明,大氣球變得更大,小氣球變得更小。通過觀察實驗,我們可以得到這樣的結論:小氣球的彈力大,內部氣體對氣球壁的壓強更大,打開通道,氣壓大的氣體自發流向氣壓小的一側,直到達到新的平衡,兩側氣壓一樣大為止,因而小氣球變小,大氣球變大。

這個氣球小實驗為我們展現出了形成壓強差後氣流的流向,然而如果不看實驗結果,我們通常會有這樣的誤解,認為大氣球裡的氣體更多,鬆開吸管後,應該會把小氣球吹大

為了解決這個疑惑,那就需要理解氣球的半徑內部氣壓之間的關係。

當兩個氣球材質和規格都相同時,隨著半徑的增大,內部氣壓會有3個階段的改變。剛開始用嘴向氣球內使勁吹氣,氣球的內部壓強會隨著氣球半徑增大而增大;氣球被吹開後,突破了瓶頸區,隨著半徑增大,內部壓強反而變小,當氣球被吹到極限時,達到彈性極限,此時隨著半徑增大,內部壓強也增大。

這也是為什麼,剛開始吹氣球時很費力;而一旦越過這個階段,氣球達到一定程度大小後,會越來越省力;最後當氣球變得很大時,達到彈性極限,此時又開始費力了,直至爆炸。

實驗裡大氣球內部壓強小,小氣球內部壓強大,在這個壓強差下,小氣球裡的氣體自然要往大氣球裡跑了。

要說明的是,這個結果只是眾多結果中的一個,當氣球大小適中時,該結果更為常見。

上面的實驗結果也適合描述液體中的氣泡。

極微小的氣泡由於較大的壓差不易形成,但如果在其中撒入普通的小顆粒作成核點,相當於提供了初始半徑,則氣泡迅速形成並變大,造成暴沸。

鍋爐中為了防止暴沸造成危險,預先在水中放入多孔且孔徑適中的沸石、瓦片等,幫助氣泡及時均勻地形成和釋放,就是這個原理。

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