Se a pressão dentro e fora de um balão se equilibra, então por que o ar sai quando ele estala?

Desculpe pela pergunta primitiva, mas quando inflamos um balão de borracha e amarramos a extremidade, seu volume aumenta até que sua pressão interna se iguale à pressão atmosférica.

Mas depois que a igualdade é obtida, por que o ar sai quando estouramos o balão? Se houver igualdade de pressão, o que causa o fluxo de ar?

Comentários

  • A pressão interna não é igual à pressão externa. Em vez disso, eles estão próximos o suficiente para que a diferença possa ser ignorada para a maioria dos propósitos (como calcular a flutuabilidade do balão).
  • Certamente você quer dizer um balão de borracha, não de plástico?
  • @DavidConrad true a elasticidade do balão faz o ar soprar para fora. A analogia de um saco de lixo é melhor para entender isso, conforme mencionado por Bilkokuya no comentário da resposta mais votada.
  • Você pode explicar por que você acredita que um balão pressurizado tem a mesma pressão por dentro e por fora? Em particular, suponha que você tenha um balão não inflado e amarre a extremidade: a pressão dentro do balão, nesse caso, é igual, menor ou maior que a pressão do ar, em sua concepção de como o mundo funciona?

Resposta

Para um balão inflado e amarrado, as pressões interna e externa não são iguais. A pressão interna é maior por um valor $ 2 \ gamma | H | $ , onde $ \ gamma $ é o balão inflado “s tensão superficial e $ H $ é sua curvatura média (que é $ – 1 / R $ para uma esfera ) Isso é chamado de equação de Young-Laplace .

Depois que o balão é desamarrado e esvazia, as pressões se igualam e a tensão superficial torna-se desprezível.

Comentários

  • Não vi muitos balões esféricos …
  • @SolarMike estranho – quase todos os balões I ' que já vi foi bem perto de esférico.
  • Eles são certamente mais esféricos do que qualquer vaca que eu ' já vi visto!
  • Para balões não esféricos, a relação entre a curvatura média e as dimensões é diferente, mas a ideia principal permanece.
  • Uma maneira fácil de provar isso para você mesmo; pegue um saco de lixo e pegue um monte de ar nele. Deixe a parte de cima abrir – observe que o ar mal tenta escapar, até que você empurre as laterais. O balão é o mesmo que este, mas ' está sempre empurrando de seus próprios lados.

Resposta

Mas depois que a igualdade é obtida, por que o ar sai quando penetramos no balão? Se houver igualdade de pressão, o que causa o fluxo de ar?

Você precisa levar em consideração que a tensão elástica da pele do balão puxa para dentro . Isso torna a pressão no balão maior do que em seu entorno. Como existe uma diferença de pressão, o ar sai quando você penetra na pele, derrotando a tensão elástica da pele do balão.

Pense no que acontece quando você enche um balão. No final, quando o balão fica tenso, fica mais difícil estourá-lo até estourar. É evidente que a pressão externa não mudou. A tensão elástica do material do balão aumentou, como o que acontece quando você estica um elástico pouco antes de estourar.

Espero que isso ajude.

Comentários

  • Na verdade, a maioria dos balões que conheço são muito mais difíceis de estourar enquanto são pequenos, especialmente no ponto em que passamos de apenas desenrolar a pele para realmente expandi-la – mas esse efeito se deve às propriedades do material da borracha e não é relevante para o efeito qualitativo.
  • @BobD Não, consulte a equação na resposta de tparker '. O balão no início tem um raio menor, portanto, maior curvatura que requer maior pressão no início.
  • À medida que um balão se expande, é realmente mais fácil explodir sob certas diferenças no tamanho. Consulte a experiência de dois balões para obter um exemplo. Até ler sobre esse experimento no SE, nunca havia considerado como a pressão do balão muda com o raio. physics.stackexchange.com/questions/317032/…
  • @JMac no início isso ' é verdadeiro. Eu estava pensando no que acontece no final, quando o balão fica muito tenso. Vou editar para esclarecer. Obrigado por sua contribuição.
  • @HagenvonEitzen Se você observar profissionais (pessoas que vendem balões normais ou pessoas que fazem balões de animais), verá que eles começam esticando a borracha para aquecê-la e torná-la mais flexível, o que facilita a inflação inicial.Se você começar a soprar em um balão ' frio ', está tentando fazer aquele " aqueça " com seus pulmões – e o balão também ficará mais rígido e mais propenso a estourar.

Responda

até que sua pressão interna seja igual à pressão atmosférica

A inferência de que o balão não está crescendo (ou encolhendo) porque a pressão é a mesma não está correta.

O balão não está crescendo porque a força efetiva empurrando o balão para fora é a mesma que a força efetiva que empurra o balão de fora para dentro.

A força que empurra para fora é, de fato, devida à pressão do ar dentro do balão.

Mas a força que tenta colapso do balão é a pressão do ar do lado de fora (pressão atmosférica) mais o potencial elástico do b alon tentando retornar ao seu tamanho e forma originais.

Portanto, para neutralizar essa força adicional, a pressão dentro do balão deve ser maior do que a pressão do ar fora do balão.

Resposta

Soprar em um balão é mais difícil do que apenas soprar no ar, porque é necessária uma pressão de ar maior para esticar a borracha. depois que o balão é amarrado, a borracha esticada continua a espremer o ar interno, de modo que a pressão do ar interno permanece mais alta do que a externa. Desamarre o balão e a borracha esticada vai espremer o ar até que encolha ao seu tamanho normal não esticado. Enfiar o balão inflado com uma agulha criará uma falha na borracha esticada, fazendo com que ela se abra e libere a pressão do ar interno muito rápido, estoure.

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