请用科学知识解释:为什么用针扎一下气球,气球会爆炸?而在气球上贴上胶带,再用针插入气球,气球不会爆炸?并再举例一个气球防爆的方法。
首先你先要明白气球炸裂的的瞬间发生了什么?
上面是一张在网络上流传甚广的动图,其中记录下了一个超大号气球破裂的瞬间。原本完整的气球膜瞬间变成了许多小碎片,看起来十分酷炫是不?但是,这张图所展示的还不是全部的答案。
最近,一项发表在物理评论快报(PHYSICAL REVIEW LETTERS)上的研究对破裂的气球薄膜进行了细致观察[1]。研究者指出,气球破裂的方式其实有两种,一种是呈一条线状的开裂,而另外一种,就是像上面一样碎裂变成多个碎片。
影响气球破裂方式的因素是什么呢?为了搞清楚这一点,研究者们设计了一套实验装置,用不同厚度的乳胶薄膜进行了实验。在吹气之后,薄膜会鼓起形成一个“气球”,最终被装置上的尖刺戳破。整个过程都会被高速摄影机清晰地记录下来,同时,研究者们还会对气球膜的张力进行测量。
结果显示,影响气球破裂方式的是气球膜的张力以及膜的初始厚度。当张力达到一个临界值之后,原本顺着一条裂缝开裂的方式就会变成分枝状的开裂,形成更多碎片。研究者发现,裂缝开裂的速度会随着张力而上升,最终在临界时达到一个极限速度值570±15m/s(这差不多也是乳胶材料中的声速)。在这个临界值之上,张力继续增加时开裂速度无法继续上升,此时裂缝就会以形成多个裂缝分支的形式释放能量。
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