Entschuldigen Sie die primitive Frage, aber wenn wir einen Gummiballon aufblasen und das Ende binden, nimmt sein Volumen zu, bis sein Innendruck dem atmosphärischen Druck entspricht.
Aber nachdem diese Gleichheit erreicht ist, warum geht die Luft aus, wenn wir den Ballon platzen lassen? Wenn Druckgleichheit besteht, was verursacht den Luftstrom?
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- Der Innendruck entspricht nicht dem Außendruck. Sie sind eher nahe genug, dass der Unterschied für die meisten Zwecke ignoriert werden kann (z. B. zur Berechnung des Auftriebs des Ballons).
- Sie meinen sicherlich einen Gummiballon, keinen Plastikballon?
li> @DavidConrad true Die Elastizität des Ballons lässt die Luft ausblasen. Die Analogie eines Müllsacks ist am besten zu verstehen, wie von Bilkokuya im Kommentar der am häufigsten gewählten Antwort erwähnt.
Antwort
Bei einem aufgeblasenen und gebundenen Ballon sind der innere und der äußere Druck nicht gleich. Der innere Druck ist höher um einen Betrag $ 2 \ gamma | H | $ , wobei $ \ gamma $ der aufgeblasene Ballon ist Oberflächenspannung und $ H $ ist die mittlere Krümmung (dh $ – 1 / R $ für eine Kugel ). Dies wird als Young-Laplace-Gleichung bezeichnet.
Nachdem der Ballon gelöst und entleert wurde, gleichen sich die Drücke aus und die Oberflächenspannung wird vernachlässigbar.
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- Nicht viele sphärische Ballons gesehen …
- @SolarMike Weird – fast jeder Ballon I ', das ich je gesehen habe, war ziemlich kugelförmig.
- Sie sind sicherlich sphärischer als jede Kuh, die ich ' jemals gesehen habe gesehen!
- Bei nicht sphärischen Ballons ist die Beziehung zwischen der mittleren Krümmung und den Abmessungen unterschiedlich, aber die Hauptidee bleibt bestehen.
- Einfacher Weg, dies sich selbst zu beweisen; Holen Sie sich einen Müllsack und fangen Sie ein paar Luft darin. Lassen Sie die Oberseite öffnen – beachten Sie, dass die Luft kaum versucht zu entweichen, bis Sie die Seiten drücken. Der Ballon ist derselbe, aber ' drückt immer von seinen eigenen Seiten hinein.
Antwort
Aber nachdem diese Gleichheit erreicht ist, warum geht die Luft aus, wenn wir in den Ballon eindringen? Wenn Druckgleichheit besteht, was verursacht den Luftstrom?
Sie müssen berücksichtigen, dass die elastische Spannung der Ballonhaut nach innen zieht . Dadurch ist der Druck im Ballon größer als in seiner Umgebung. Da es einen Druckunterschied gibt, bläst die Luft aus, wenn Sie in die Haut eindringen und die elastische Spannung der Ballonhaut besiegen.
Überlegen Sie, was passiert, wenn Sie einen Ballon sprengen. Am Ende, wenn der Ballon gespannt wird, wird es schwieriger, ihn zu sprengen, bis er platzt. Offensichtlich hat sich der Außendruck nicht geändert. Die elastische Spannung des Ballonmaterials hat zugenommen, wie wenn Sie ein Gummiband kurz vor dem Einrasten dehnen.
Ich hoffe, dies hilft.
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- Tatsächlich sind die meisten Ballons, die ich kenne, viel schwieriger zu sprengen, wenn sie klein sind, insbesondere an dem Punkt, an dem wir von einem bloßen Auffalten der Haut zu einer tatsächlichen Ausdehnung übergehen – aber dieser Effekt ist auf die Materialeigenschaften zurückzuführen des Kautschuks und für den qualitativen Effekt nicht relevant.
- @BobD Nein, siehe Gleichung in der Antwort von tparker '. Der Ballon hat zu Beginn einen kleineren Radius und damit eine größere Krümmung, was zu Beginn einen höheren Druck erfordert.
- Wenn sich ein Ballon ausdehnt, ist es tatsächlich einfacher , unter bestimmten Unterschieden in die Luft zu jagen in Größe. Ein Beispiel finden Sie im Zwei-Ballon-Experiment . Bis ich über dieses Experiment auf SE gelesen habe, hatte ich nie darüber nachgedacht, wie sich der Ballondruck mit dem Radius ändert. physics.stackexchange.com/questions/317032/…
- @JMac Am Anfang das ' ist wahr. Ich habe darüber nachgedacht, was am Ende passiert, wenn der Ballon sehr straff wird. Ich werde bearbeiten, um zu klären. Vielen Dank für Ihre Eingabe.
- @HagenvonEitzen Wenn Sie Profis zuschauen (entweder Leute, die normale Ballons verkaufen oder Leute, die Ballontiere herstellen), werden Sie feststellen, dass sie zunächst das Gummi dehnen, um es aufzuwärmen und mehr zu machen biegsam, was die anfängliche Inflation erleichtert.Wenn Sie gerade anfangen, in einen ' kalten ' Ballon zu blasen, versuchen Sie, diesen anfänglichen " warmup " stattdessen mit Ihren Lungen – und der Ballon wird auch steifer und anfälliger für Platzen.
Antwort
, bis sein Innendruck dem atmosphärischen Druck entspricht
Die Schlussfolgerung, dass der Ballon nicht wächst (oder schrumpft), weil der Druck gleich ist, ist nicht korrekt.
Der Ballon wächst nicht, weil die effektive Kraft den Ballon von innen herausdrückt ist die gleiche wie die effektive Kraft, die den Ballon von außen nach innen drückt.
Die nach außen drückende Kraft ist in der Tat auf den Luftdruck im Ballon zurückzuführen.
Aber die Kraft, die dies versucht kollabieren der Ballon ist der Druck der Luft auf der Außenseite (atmosphärischer Druck) plus das elastische Potential des b Alloon versucht, zu seiner ursprünglichen Größe und Form zurückzukehren.
Um dieser zusätzlichen Kraft entgegenzuwirken, muss der Druck im Ballon höher sein als der Luftdruck außerhalb des Ballons.
Antwort
Das Einblasen in einen Ballon ist schwieriger als nur das Einblasen in die Luft, da zum Dehnen des Gummis ein höherer Luftdruck erforderlich ist. Sobald der Ballon gebunden ist, drückt der gedehnte Gummi die Luft weiter nach innen, sodass der innere Luftdruck höher bleibt als der äußere Luftdruck. Lösen Sie den Ballon und das gedehnte Gummi drückt die Luft heraus, bis sie auf ihre normale, nicht gedehnte Größe schrumpft. Wenn Sie den aufgeblasenen Ballon mit einer Nadel kleben, entsteht ein Fehler im gedehnten Gummi, der dazu führt, dass er sich aufspaltet und den inneren Luftdruck sehr schnell ablässt.