气球从头吹起


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送交者: JFF 于 2011-01-28, 13:44:17:

本人吹气球理论:

P = C *(R - R0)/R**3 (1)

其中

P = 气球内压(严格说是内外压差)
C = 常数系数
R = 气球被吹胀起来(有拉伸)后任一时候的半径,是个变量
R0 = 气球被完全吹鼓起来但还没开始胀(无拉伸)时候的半径,是个常量


在气球被吹胀起来(有拉伸)后任一时候的半径为R,内压为P

假想地把这西瓜一刀两半

瓜皮(气球皮)横截面上的合力F等于内压P在半球上的合力。两者必,大小相等,方向相反。此为所谓的平衡方程,即牛顿第一定律的具体化。

F = P*(PAI*R**2) (2)

瓜皮横截面面积A 是周长2*PAI*R 乘以皮厚t

A = 2*PAI*R*t (3)

如果气球皮是蓝海那脸皮,这公式当然不对。


瓜皮横截面面单位面积上的力 S

S = F/A
= (P*(PAI*R**2))/ (2*PAI*R*t)
= P*R/(2t)
(4)

据说,这就是大名鼎鼎的YOUNG-LEPLES公式。

把(4)改写一下:

P = 2*t*S/R (5)

到这里,只用到牛顿第一定律的推论,静力系统合力为零。

气球变大过程中,气球皮的厚度从t0 变成了t,从厚变薄,刚好和人的脸皮变化过程相反。

假设气球变大过程中,虽然气球皮的厚度从从厚变薄,但其总体积是不变的,故有

to*4*pai*R0**2 = t*4*pai*R**2

(6)

t = t0*R0**2/R**2

(7)

气球皮厚度和其半径的平方成反比。其实,整个吹气球问题的本质就这么一句话。其它都是一个CUSPEA的博士能胜任的体力劳动。

将(7)待入 (5) 得:

P = 2*t*S/R
= C0*S/R**3 (8)

其中

C0 是常数系数,省得把每个常数系数写出来。

根据弹簧的胡克定律应力S正比于应变eps

S = E* eps (9)

其中

E是弹性模量E。本质跟弹簧系数k一样,都是材料的变形(应变)和力(应力)之间换算的弹性常数。量纲不一样。)


P = C* eps/R**3 (10)

其中
C是代替C0的另一个常数系数

所谓应变就是弹簧单位长度的变形,就是总变形除以总长度
所以
eps = (R - R0)/R0 (11)

所以

P = C* (R -R0)/R**3 (1)

这就是开头说的本人吹牛皮理论。

其图示如下:



图中的James-Guth方法是BlackEyedP给出的WIKI文献中的方法,
看上去更有学问。用来装X他们的理论好,用来理解吹牛皮的物理,我的理论好。

http://en.wikipedia.org/wiki/Two-balloon_experiment




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