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第五百四十七章 徐老师小课堂开课啦(下)(3 / 4)

「不对!」

结果乔彩虹刚一说完,另一边的林玉便摇起了头:

「不对,这个问题没这么简单。」

「九个小气球和一个大气球虽然体积..也就是V一样,但不代表它们的压强就相同。」

「根据pV=nRT可以很明显看出来,压强一旦不同,储存的气体也会不同。」

乔彩虹脸上立马浮现了一个问号:

「OvO?」

徐云则朝这憨姑娘笑了笑,又看向了右边的林玉,肯定道:

「林玉同志说的没错,这个问题远远比它看起来要复杂很多。」

「那么林玉同志,你能分析出大气球和小气球压强的不同吗?」

林玉思索片刻,拧着眉毛轻轻摇了头:

「直觉和逻辑上告诉我肯定是大气球压强大点儿,但是原理......我不知道。」

徐云朝这姑娘投去了一道赞许的目光。

大气球和小气球哪个压强大。

这个问题搁在后世,肯定会有不少人说是大气球。

原因则是气球球膜的收缩力可以看做一个弹黄系统,然后直接做定性分析就行了。

但实际上。

这个问题远远没有这么简单。

诚然。

朴素地看,张力σ应该随气球大小,也就是形变的增加而增加。

可别忘了。

在气球膨胀的同时,1/r会随气球大小的增加而减小。

所以如果从材料层面分析,必须要建立一个非定性的模型才行。

这涉及到了橡胶的超弹性本构,必须要运用到类似Ogden模型之类的广义超弹性模型。

不过后世学过热力学的同学应该都知道。

这个问题除了材料的非定向模型之外,还有一种更容易接受的物理分析方法。

想到这里。

徐云便组织了一番语言,对众人说道:

「小气球和大气球的区别就在于它们的大小,气球膨胀的时候,它的表面便会开始越绷越紧,而且一直有一种想要往回缩的趋势。」

「如果气球里面的气体和气球外面的气体压强一样大,那就没有什么别的力能够平衡这种气球皮的回弹力了。」

「所以气球内部的气体压强其实是比气球外面的要大,或者说是气球皮的这个回弹力把气球内的气体压缩了。」

说到这里。

徐云又让乔彩虹将轮椅推到了一块黑板边上,拿起粉笔画了个图。

示意图的形状很简单,直观点描述就是.....

比划一个「耶」的手势,然后水平朝左,两根手指的指尖各有一个箭头。

接着徐云在「手指」交汇的地方写了个O,指尖弧线连线的中段写了个A:

「各位请看,这里的点O在气球内部,A代表气球表面一个很小很小的小正方形。」

「因为气球是膨胀的,所以表面不是平的而是有一个弯弯的弧度。」

「而表面张力T呢,就是想要尽力把这个弧度拉平。」

「如此一来,是不是就很明显了?」

见此情形。

不少成员下意识点了点头。

确实。

气球的表面存在弧

度,这是小学生都能理解的情况表述。

所以图示上表面张力的方向虽然垂直于半径R,但并不垂直于球心O到这个小面积中心点A的连线。

这个时候如果没有其他的力,这个薄膜...也就是气球表面自然就无法保持平衡了。

换而言之.....

必须要有一个存在气球皮两侧的压力差,以此来抵消这个表面张力T在OA这个线上的作用力。

接着徐云又写下了一段推导:

detF=λ1λ2λ3=1,其中λi(i=1,2,3)代表沿着三个正交方向的拉伸比。

Ψ=∑p=1Nμpαp(λ1αp+λ2αp+λ3αp3).

当p=1,α1=1时。

写作Ψ=2μ(λ1+λ2+λ33)。

假设曲面上气球属于二向受等大力的状态,并且在x3方向上自由。

则柯西应力写为σ3=P+∑p=1Nμpλ2αp=0。(注:我不确定柯西应力这时候有定式了没有,姑且看做有吧,毕竟这个情节非常重要)

设气球初始半径R,初始壁厚经过变形后半径为r,壁厚为h。

则最终式为:

p=2σhr=2λ3σHR=2HR∑p=1Nμp(λαp3λ2αp3)。

这一次。

现场更多人的脸上浮现出了明悟之色。

从这个公式不难看出。

体积元δl/Rl处在公式中段的位置,也就是说不管什么x啦t啦ya啦之类的数值是多少,δl/R是不变的。

换而言之.....

这个时候等式用具体数值两边都除以δl,再代入pV=nRT。

就会发现.....

P=T/R会先减小,后增大。

写到这里。

徐云便放下了笔,双手一摊,对众人说道:

「如此一来,答桉就很明显了。」

「随着气球体积的增大,内部的气压并不会一味的增大或者减小。」

「它的趋势是会先减小而后增加,这叫做极值点失稳。」

「在气压减小的时候,那我们吹气球就会比较费力。」

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