一大一小两个气球用管子连接起来,中间的阀门打开,会发生什么?
这个问题的答案可能有点标新立异。吹两个大小不一的气球。按理说地球里气体多了,气体会因为压力进入小气球,但实际情况恰恰相反。相反,气体从小气球进入大气球。
气体分子是有形的,但气体是无形的。气体是由大量的气体分子组成的,气体分子对含有气体的物体的冲击产生大气压力。在气球的情况下,气体被限制在不同的气球容器中,气体的压力导致气球膨胀。如果按常识判断,很明显气球里的气体占有很大的体积,但体积大并不代表气体的压力大。以气球为例,还有一个关键的力,就是乳胶材料的弹性。充气气球能保持一定的体积,是气体压力和乳胶材料回弹力之间的平衡,而不是靠气体的体积。
气球大小不同,充气量也不同,同时气球的橡胶膨胀程度也不同。当一大一小两个气球用管子连接起来打开中间的阀门时,气体会向乳胶回弹和气体压力合力较小的方向流动,我们会看到气体会从小气球进入大气球,而不是从大气球进入小气球。
乳胶的分子特性不同于一般物质。它由大量的聚合物分子组成,分子链长更容易变形。当气球不充气时,分子间的折叠附着力更紧,吹气球要花更多的功才能破坏这些附着力。气球充气后,附着力(由摩擦力等引起。)乳胶不同部位之间被弱化,更容易再吹,反之亦然。根据我们的日常生活经验,气球刚开始很难吹,但是吹大一点以后就容易多了。
而且还有一种现象,就是气球吹得越大,放气后气球会明显膨胀,就像刚生完孩子的女性的妊娠纹一样,就是气球刚做出来时的分子折叠和相互吸引被破坏了。
还有一个相关的原理就是小魔竹棍穿透气球。竹签向内击破气球,乳胶因弹性回缩紧贴牙签,周围空气将乳胶压在竹签上,相当于制造了一个单向阀,避免了气体的快速流出。不过这个小游戏也需要一些技巧,很容易直接爆气球。