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大小气球实验,神奇的两极分化现象

2022-2-13 10:52| 发布者: 诺水| 查看: 441| 评论: 0|来自: 成都巴适关注

摘要: 从包装袋里拿出两个规格一样的气球,把一个吹得大大的,另一个稍微吹起来一点就好,然后,想办法把它们固定在一根管子的两端,现在管子的中间是不通气的。那么问题来了,如果下一秒管子开始连通,两个气球会变成什么 ...
    从包装袋里拿出两个规格一样的气球,把一个吹得大大的,另一个稍微吹起来一点就好,然后,想办法把它们固定在一根管子的两端,现在管子的中间是不通气的。那么问题来了,如果下一秒管子开始连通,两个气球会变成什么样子?是趋近于一致?大者更大小者更小?还是都不发生变化呢?我在第一次看到这个实验时,内心相当笃定,肯定是大的变小小的变大呀!但是下一秒就被狠狠地打脸了,因为实验结果竟然,是小的更小大的更大。
    
    小时候亲口吹过气球的一定知道,开始的时候是最难吹的,因为橡胶皮比较厚,想要把它吹开,就要克服橡胶皮的收缩作用。而等气球吹起来后,皮就变得越来越薄,气球表面的弹性回缩力,也就越来越小。所以,对比管子两端连接的气球,小的那边回缩力更大,内压力也更大,这使得管子在连通后,为了保持压力平衡,小气球内的空气开始向大气球转移,也就形成了我们看到的两极分化现象,以上是比较简单的经验分析法,我们也可以从另一个角度理解一下。

    假设气球的形状接近于球体,那么,可以得到一张表格,即,随着气球体积的增大,它的半径和表面积也在发生着变化。如果说最开始的小气球体积为一升,大气球的体积为三升,他们加起来的表面积就是1489平方厘米。通气后的第一种情况,两个气球的体积都变成了两升,相加可得,表面积总和为1536平方厘米,超过了原本的表面积。而在第2种情况中,小气球的体积减小到了0,大气球则达到了4升,二者相加后的表面积约为1219平方厘米。

    这样算下来,后者不仅不需要扩张,还要收缩回来,不少确实是一笔不错的买卖。当然也可以用膨胀气球模型来帮助自己理解一下,我们能明显看出最开始吹气球时的费劲阶段,后面的轻松阶段和最终接近极限时又开始费力的阶段。有趣的是,这不仅适用于吹气球,液体中的气泡也是如此。比如过热水,如果我们向里面撒有一些粉末,那就相当于提供了一个初始直径,后面气泡会迅速形成变大,造成报废。所以为了避免这种危险情况的发生,通常会在里面加入一些多孔的费石,好让气泡及时均匀地释放出去。


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