Як високо може піднятися в небо повітряну кульку (гелевий, середнього розміру)
Студент фізичного факультету МДУ ім. Ломоносова; співробітник НДІ фізико-хімічної біології імені А.Н. Білозерського
Користувачеві можна задати питання
Причина того, що кулька починає злітати вгору - в щільності гелію, яким він наповнений. Оскільки гелій легше, то з боку навколишнього повітря діє архимедова сила, яка спрямовує його вгору (це через різницю тисків виникає, ну не в цьому суть зараз). Важливо розуміти, що весь час відбувається деяка боротьба між молекулами газу всередині кульки і навколишнього простору. Грубо кажучи: молекули всередині кульки намагаються його розтягнути і вирватися назовні в навколишній простір (тому що рухаються з дуже великими швидкостями і дуже часто вдаряються об стінки кульки), а повітря з навколишнього середовища б'є з протилежного боку, намагаючись його стиснути. Тобто, якщо кулька лопнула в момент, коли ви його надували, то просто молекули всередині кульки перемогли і вибралися назовні, тому що різниця тисків між молекулами всередині кульки і ззовні стала досить великий, щоб перемогти пружність речовини з якого зроблений сам кульку. Назад, якщо взяти пляшку і почати з неї висмоктувати повітря, то легко помітити, що її почне сплющувати - це робить повітря, що оточує нас і створює тиск в одну атмосферу на всі об'єкти, що знаходяться в цьому середовищі. Ну так от, якщо ви надули кульку і він виглядає досить пружно, то значить, що зараз різниця тисків між газом усередині кульки і зовнішнім середовищем оптимальна для збереження такої його форми (тиск всередині трохи більше, ніж зовні, але недостатньо більше, щоб його розірвати і не так мала, щоб не зробити його пружним і великим). Якщо всередині кульки легкий газ і ви його відпускаєте в небо, то він починає підніматися (що вже було сказано). Тепер важливо дізнатися, які зміни будуть з набором висоти відбуватися. Усередині кульки тиск не зміниться, бо це вже замкнута система (ну не будемо враховувати температуру, мабуть, бо з її зниженням з висотою там тиск трохи впаде, насправді, але температура має властивість з висотою коливатися, так що упустимо це), а важливим для нас є зміна тиску в атмосфері. Так як у поверхні Землі концентрація молекул максимальна і найважчих (тому що на них діє гравітація), то з підйомом тиск буде падати експоненціально (це дуже швидко). З цього випливає, що різниця тисків всередині кульки і тиску зовнішнього середовища буде рости так само швидко, причому воно буде рости в бік перемоги газу всередині кульки. Рано чи пізно достигнется точка, коли ця різниця буде критична для матеріалу з якого зроблена кулька і він лопне.
Артем Єгоров Відповідає на ваші питання в своїй Прямої лінії
Студент-медик / провізор / лекарствовед; адміністратор історій з лабораторії vk.com/labcat
Користувачеві можна задати питання
Повітря має свою масу і ближче до поверхні до землі його концентрація вище, а значить, чим більше висота над поверхнею землі, тим нижче там тиск навколишнього повітря - внутрішній тиск в кульці ж постійно, але для збереження цього тиску він змушений збільшувати свій обсяг, і при певному значенні обсягу натяг гуми досягає величини, при якій оболонка вже не може стримувати повітря всередині, і лопається. А потім з неба падають його шматочки. Якось раз мені на балкон гепнувся.
Хоча варіант цього мультфільму мені подобається більше youtube.com
Олександр Табакаев Відповідає на ваші питання в своїй Прямої лінії