Domanda:
Se la pressione all'interno e all'esterno di un palloncino è in equilibrio, perché l'aria esce quando esplode?
pnatk
2019-06-09 01:05:21 UTC
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Ci scusiamo per la domanda primitiva, ma quando gonfiamo un palloncino di gomma e ne leghiamo l'estremità, il suo volume aumenta fino a quando la sua pressione interna è uguale alla pressione atmosferica.

Ma dopo che si ottiene l'uguaglianza, perché l'aria esce quando facciamo scoppiare il pallone?Se c'è l'uguaglianza di pressione, cosa causa il flusso d'aria?

La pressione interna non è uguale alla pressione esterna.Piuttosto, sono abbastanza vicini da poter ignorare la differenza per la maggior parte degli scopi (come calcolare la galleggiabilità del pallone).
Sicuramente intendi un palloncino di gomma, non di plastica?
@DavidConrad è vero che l'elasticità del palloncino fa fuoriuscire l'aria.L'analogia di un sacco della spazzatura è meglio per capirlo, come menzionato da Bilkokuya nel commento della risposta più votata.
Puoi spiegare perché credi che un palloncino pressurizzato abbia la stessa pressione dentro e fuori?In particolare, supponiamo di avere un palloncino non gonfiato e di legarne l'estremità: la pressione all'interno del palloncino in quel caso è uguale, inferiore o superiore alla pressione dell'aria, nella vostra concezione di come funziona il mondo?
Quattro risposte:
tparker
2019-06-09 01:20:21 UTC
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Per un palloncino gonfiato e legato, le pressioni interne ed esterne non sono uguali.La pressione interna è maggiore di un importo $ 2 \ gamma | H | $ , dove $ \ gamma $ èla tensione superficiale del palloncino gonfiato e $ H $ è la sua curvatura media (che è $ - 1 / R $ per una sfera).Questa è chiamata equazione di Young-Laplace.

Dopo che il palloncino si è slegato e si sgonfia, le pressioni si equalizzano e la tensione superficiale diventa trascurabile.

Non si vedono molti palloncini sferici ...
@SolarMike Strano: quasi tutti i palloncini che ho visto sono stati abbastanza vicini allo sferico.
beh, i palloncini che ho fatto saltare in aria e tutti quelli che vedo alle feste tendono ad avere una punta appuntita quando vengono legati ...
Sono sicuramente più sferiche di qualsiasi mucca che abbia mai visto!
Per i palloncini non sferici, la relazione tra la curvatura media e le dimensioni è diversa, ma l'idea principale rimane.
Un palloncino non sferico può esistere solo se il materiale può supportare lo stress di taglio, e quindi lo stress di trazione può essere diverso in punti diversi e creare curvature diverse.Questo è uno dei motivi per cui non vedi mai bolle di sapone a forma di punta.
Un modo semplice per dimostrarlo a te stesso;prendi un sacco della spazzatura e prendi un po 'd'aria al suo interno.Lascia che la parte superiore si apra: nota che l'aria tenta a malapena di fuoriuscire, finché non spingi i lati.Il pallone è lo stesso di questo, ma spinge sempre dai suoi lati.
O invece di un palloncino di gomma, usa uno in mylar.Può essere particolarmente illuminante portare un palloncino di mylar all'aperto in una giornata freddissima - probabilmente lo vedrai diventare un po 'molle mentre il gas all'interno si raffredda al punto in cui il suo volume è inferiore alla capacità del pallone.Quindi hai davvero l'equalizzazione della pressione tra l'interno e l'esterno, o almeno quasi così.
Bob D
2019-06-09 01:18:56 UTC
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Ma dopo che si ottiene l'uguaglianza, perché l'aria esce quando penetriamo nel pallone?Se c'è l'uguaglianza di pressione, cosa causa il flusso d'aria?

È necessario tenere in considerazione che la tensione elastica della pelle del palloncino tira verso l'interno.Questo rende la pressione nel palloncino maggiore di quella circostante.Poiché c'è una differenza di pressione, l'aria esce quando penetri nella pelle, sconfiggendo la tensione elastica della pelle del palloncino.

Pensa a cosa succede quando fai esplodere un palloncino.Alla fine, quando il pallone si è teso, diventa più difficile farlo esplodere fino a quando non scoppia.Chiaramente la pressione esterna non è cambiata.La tensione elastica del materiale del palloncino è aumentata, come accade quando si allunga un elastico appena prima che scatti.

Spero che questo aiuti.

In realtà, la maggior parte dei palloncini che conosco sono molto più difficili da far esplodere mentre sono piccoli, specialmente nel punto in cui passiamo dal togliere le rughe alla pelle all'espansione effettiva, ma questo effetto è dovuto alle proprietà del materiale della gomma e non è rilevante per ileffetto qualitativo.
@HagenvonEitzen Sì, a volte il materiale si attacca insieme all'inizio.
@BobD No, vedere l'equazione nella risposta di tparker.Il palloncino all'inizio ha un raggio più piccolo, quindi una curvatura maggiore che richiede una pressione maggiore all'inizio.
Man mano che un palloncino si espande, in realtà è più facile esplodere a determinate differenze di dimensioni.Vedere l '[esperimento a due palloncini] (https://en.wikipedia.org/wiki/Two-balloon_experiment) per un esempio.Fino a quando non ho letto di questo esperimento su SE, non avevo mai considerato come la pressione del palloncino cambia con il raggio.https://physics.stackexchange.com/questions/317032/which-balloon-has-the-higher-pressure-and-why/
@JMac All'inizio è vero.Stavo pensando a cosa succede alla fine quando il pallone diventa molto teso.Modificherò per chiarire.Grazie per il tuo contributo.
@HagenvonEitzen Se guardi i professionisti (o persone che vendono palloncini normali o persone che fanno animali con palloncini), vedrai che iniziano allungando la gomma per riscaldarla e renderla più flessibile, il che rende più facile l'inflazione iniziale.Se inizi a soffiare in un palloncino "freddo", stai invece cercando di fare quel "riscaldamento" iniziale con i polmoni - e anche il palloncino sarà più rigido e più incline a scoppiare.
Fogmeister
2019-06-10 12:30:48 UTC
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finché la sua pressione interna è uguale alla pressione atmosferica

L'inferenza secondo cui il palloncino non cresce (o si restringe) perché la pressione è la stessa non è corretta.

Il palloncino non cresce perché la forza effettiva che spinge il palloncino fuori dall'interno è uguale alla forza effettiva che spinge il palloncino all'interno dall'esterno.

La forza che spinge verso l'esterno è infatti dovuta alla pressione dell'aria all'interno del pallone.

Ma la forza che cerca di far collassare il pallone è la pressione dell'aria all'esterno (pressione atmosferica) più il potenziale elastico del pallone che cerca di tornare alla sua dimensione e forma originali.

Quindi, per contrastare questa forza aggiuntiva, la pressione all'interno del pallone deve essere superiore alla pressione dell'aria all'esterno del pallone.

Adrian Howard
2019-06-09 07:18:03 UTC
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Soffiare in un palloncino è più difficile che soffiare in aria, perché è necessaria una pressione dell'aria maggiore per allungare la gomma.una volta che il palloncino è legato, la gomma tesa continua a spremere l'aria all'interno, quindi la pressione dell'aria interna rimane superiore alla pressione dell'aria esterna.Sciogli il palloncino e la gomma tesa spremerà l'aria fino a quando non si restringe alle sue normali dimensioni non allungate.Attaccare il palloncino gonfiato con un ago creerà un difetto nella gomma tesa che si aprirà e rilascerà la pressione dell'aria interna molto velocemente, pop.



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 4.0 con cui è distribuito.
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