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A-Level物理 | 炎炎夏日,气球也要乘凉?

2019.06.11 09:09 · A- Level   来源:

在气球跟我们回到办公室的第N天,我们发现气球总往空调口去蹭,像是要去乘凉一般。

这是为什么呢?且听我慢慢道来~


首先, “轻”气球,并不是氢气球,因为气球里面填充的并不是氢气,只是一种密度比空气轻的气体,所以我暂且叫它“轻气球”。


背景知识

气球在地球上一定会受重力(gravity),在空气中受空气的浮力(upthrust),当受力不平衡时,气球会像某个方向运动,直到接触别的物体后,重力(gravity)浮力(upthrust)以及接触力(contact force),直到多力平衡,才会静止。


让我们一起来回顾一下,通常我们的轻气球回到家几天后会离开房顶,再一点一点的下降,直到绳子全部留在地上,气球再倾倒,像下图这样

然鹅,我们主管大大的气球,被我们拴在了办公桌上,像这样

几天后,神奇的事情发生了,气球有事没事总往空调口去蹭,要去乘凉

这是为什么呢?

让我们从气球受力角度来分析一下吧~

STEP 1:

主管大大求婚当时气球是飞在房顶的

此时气球受到的浮力(upthrust)大于重力(gravity),所以气球会向上飞,直到碰到房顶之后,房顶给气球向下的支持力(normal reaction)这三个力受力平衡(force balance);

STEP 2:

气球被固定在办公桌初期,仍然是浮力(upthrust)大于重力(gravity),这时外加的是绳子给气球的拉力(tension),三力受力平衡;

STEP3:

气球里的气体逐渐“溜”(escape)出来,这时浮力(upthrust)逐渐减小,气球会有下降的趋势。

然而

气球并没有像往常一样往下落

这是为什么呢?


原来,办公室比较热,而空调口比较“冷”,空调口空气的温度(temperature)比较低,冷空气的密度(density)比较大,能给气球的浮力(upthrust)自然也比较大,所以,当气球浮力减小时,气球会趋向于比较凉爽的区域。自然,就形成了气球要乘凉的样子

自然界中,风,形成的原理,也是类似的,同学们可以自行思考一下,如果你有任何想法,欢迎在评论区留言哦~


蒋明宇老师


  • 英国 Hertfordshire 大学机械工程硕士
  • 3年A-Level物理授课经验,熟知英国教育体系及A-Level考试局改革信息
  • 擅长通过物理实验,培养学生的物理思维



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