Przepraszamy za prymitywne pytanie, ale kiedy nadmuchujemy gumowy balon i zawiązujemy koniec, jego objętość rośnie, aż jego wewnętrzne ciśnienie zrówna się z ciśnieniem atmosferycznym.
Ale po uzyskaniu tej równości, dlaczego powietrze wypływa, gdy przebijamy balon? Jeśli ciśnienie jest równe, co powoduje przepływ powietrza?
Komentarze
- Ciśnienie wewnętrzne nie jest równe ciśnieniu zewnętrznemu. Są raczej na tyle blisko, że różnicę można zignorować w większości celów (takich jak obliczenie pływalności balonu).
- Z pewnością masz na myśli balon gumowy, a nie plastikowy?
- @DavidConrad true elastyczność balonu powoduje wydmuchiwanie powietrza. Najlepiej to zrozumieć analogię do worka na śmieci, o czym wspomniał Bilkokuya w komentarzu do najczęściej głosowanej odpowiedzi.
- Czy możesz wyjaśnić, dlaczego uważasz, że balon pod ciśnieniem ma takie samo ciśnienie wewnątrz i na zewnątrz? W szczególności, załóżmy, że masz nienapompowany balon i zawiązujesz koniec: czy w tym przypadku ciśnienie wewnątrz balonu jest równe, mniejsze lub większe od ciśnienia powietrza, w twojej koncepcji tego, jak działa świat?
Odpowiedź
W przypadku nadmuchanego i zawiązanego balonu ciśnienie wewnętrzne i zewnętrzne nie są równe. Ciśnienie wewnętrzne jest wyższe o kwotę $ 2 \ gamma | H | $ , gdzie $ \ gamma $ to napompowany balon „s napięcie powierzchniowe, a $ H $ to jego średnia krzywizna (która wynosi $ – 1 / R $ dla kuli ). Nazywa się to równaniem Young-Laplacea .
Po rozwiązaniu balonu i opróżnieniu balonu ciśnienie wyrównuje się, a napięcie powierzchniowe staje się nieistotne.
Komentarze
- Nie widziałem wielu balonów, które są kuliste …
- @SolarMike Dziwne – prawie każdy balon ja ', które kiedykolwiek widziałem były bardzo zbliżone do kulistych.
- Z pewnością są bardziej kuliste niż jakakolwiek inna krowa, którą ' kiedykolwiek widoczne!
- W przypadku balonów niekulistych zależność między średnią krzywizną a wymiarami jest inna, ale główna idea pozostaje.
- Łatwy sposób, aby to sobie udowodnić; weź worek na śmieci i złap w nim trochę powietrza. Otwórz górę – zauważ, że powietrze ledwo próbuje uciec, dopóki nie popchniesz boków. Dymek jest taki sam, jak ten, ale ' zawsze napycha się z własnych stron.
Odpowiedź
Ale po tym, jak równość zostaje osiągnięta, dlaczego powietrze wydostaje się, gdy przenikamy balon? Jeśli ciśnienie jest równe, co powoduje przepływ powietrza?
Należy wziąć pod uwagę, że elastyczne napięcie skóry balonu wciąga do wewnątrz . To sprawia, że ciśnienie w balonie jest większe niż jego otoczenie. Ponieważ istnieje różnica ciśnień, powietrze wydmuchuje się, gdy penetrujesz skórę, pokonując elastyczne napięcie skóry balonu.
Pomyśl o tym, co się dzieje, gdy nadmuchujesz balon. Pod koniec, gdy balon się napina, trudniej jest go wysadzić, aż pęknie. Oczywiście ciśnienie zewnętrzne nie uległo zmianie. Elastyczne napięcie materiału balonu wzrosło, podobnie jak to, co dzieje się, gdy rozciągasz gumkę tuż przed jej pęknięciem.
Mam nadzieję, że to pomoże.
Komentarze
- Właściwie większość balonów, które znam, jest znacznie trudniejsza do wysadzenia, gdy są małe, szczególnie w momencie, gdy przechodzimy od prostego rozpinania skóry do jej rozszerzania – ale ten efekt wynika z właściwości materiału gumy i nie ma znaczenia dla efektu jakościowego.
- @BobD Nie, zobacz równanie w odpowiedzi tparker '. Balon na początku ma mniejszy promień, stąd większa krzywizna, która wymaga wyższego ciśnienia na początku.
- Gdy balon się rozszerza, w rzeczywistości łatwiej jest nadmuchiwanie przy pewnych różnicach W rozmiarze. Jako przykład zobacz eksperyment z dwoma balonami . Dopóki nie przeczytałem o tym eksperymencie na SE, nigdy nie zastanawiałem się, jak ciśnienie balonu zmienia się wraz z promieniem. physics.stackexchange.com/questions/317032/…
- @JMac Na początku że ' jest prawdą. Myślałem o tym, co dzieje się pod koniec, gdy balon staje się bardzo napięty. Będę edytować, aby wyjaśnić. Dziękujemy za Twój wkład.
- @HagenvonEitzen Jeśli przyjrzysz się profesjonalistom (albo ludziom sprzedającym normalne balony, albo robiącym balonowe zwierzęta), zobaczysz, że zaczynają od rozciągania gumy, aby ją rozgrzać i uczynić bardziej giętki, co ułatwia początkową inflację.Jeśli dopiero zaczynasz dmuchać w ' zimny ' balon, próbujesz zrobić ten początkowy " warmup " z płucami – a balon będzie również sztywniejszy i bardziej podatny na pękanie.
Odpowiedz
, aż jego ciśnienie wewnętrzne będzie równe ciśnieniu atmosferycznemu
Wniosek, że balon nie rośnie (lub kurczy się), ponieważ ciśnienie jest takie samo, jest nieprawidłowy.
Balon nie rośnie, ponieważ efektywna siła wypychająca balon od wewnątrz jest taka sama, jak efektywna siła wepchnięta do środka balonu z zewnątrz.
Siła wypychająca na zewnątrz jest rzeczywiście spowodowana ciśnieniem powietrza wewnątrz balonu.
Ale siła próbująca zapadnięcie się balonu to ciśnienie powietrza na zewnątrz (ciśnienie atmosferyczne) plus potencjał sprężystości b próbując powrócić do swojego pierwotnego rozmiaru i kształtu.
Aby przeciwdziałać tej dodatkowej sile, ciśnienie wewnątrz balonu musi być wyższe niż ciśnienie powietrza na zewnątrz balonu.
Odpowiedź
Dmuchanie w balon jest trudniejsze niż zwykłe dmuchanie w powietrze, ponieważ do rozciągnięcia gumy potrzebne jest wyższe ciśnienie powietrza. gdy balon jest zawiązany, rozciągnięta guma nadal ściska powietrze wewnątrz, więc wewnętrzne ciśnienie powietrza pozostaje wyższe niż zewnętrzne ciśnienie powietrza. Odwiąż balon, a rozciągnięta guma będzie wyciskać powietrze, aż skurczy się do normalnego nierozciągniętego rozmiaru. Przyklejenie nadmuchanego balonu igłą spowoduje uszkodzenie rozciągniętej gumy, co spowoduje jej pęknięcie i bardzo szybkie uwolnienie wewnętrznego ciśnienia powietrza.