FYSIKbasen.dk - Den danske database for pædagogiske undervisningsforsøg til fysiklærere
Forside Nyheder Forsøg Om siden Kontakt English
Gå en side tilbageUdskriv dette forsøgForetag ny søgning

rød pilForbundne balloner

Forsøg nr.: 71
Formål: At demonstrere overfladespænding for balloner.
Resume: To balloner pustes delvist op, således at den ene er meget større end den anden. Ballonerne forbindes, og luften blæses fra den lille ballon over i den store.
Nøgleord: Kræfter, ligevægt, overfladespænding, tryk.

Beskrivelse:

To balloner pustes op og forbindes via et plastikrør med en ventil i. Den ene ballon skal pustes meget mere op end den anden. Man kan nu spørge publikum, hvad der sker, når ventilen åbnes: 1) Luften siver fra den store ballon til den lille, indtil de har samme størrelse, 2) der sker ikke noget, eller 3) luften siver fra den lille ballon til den store. For mange vil det nok komme som en overraskelse, at luften faktisk siver fra den lille til den store ballon.

To balloner forbindes, hvorefter luften strømmer fra den lille ballon til den store
To balloner forbindes, hvorved luften strømmer fra den lille ballon til den store. Ventilen kan eventuelt erstattes af en klemme om den ene ballon.

Forklaringen er, at overfladespændingen er størst for små balloner. Ballongummiet er tykkest, når ballonen er lille, og desuden vil ballonens størrelse relativt ændre sig mere, når ballonen er lille. Det første pust i ballonen kan nemt fordoble ballonens radius, mens det sidste pust kun ændrer størrelsen med en mindre brøkdel. Gummiet udvider sig altså mest i starten.

At det forholder sig sådan kan man nemt overbevise sig selv om ved at tænke på, hvornår det er sværest at puste en ballon op. Som bekendt er det, når man starter med at puste en lille ballon op. Det første pust er sværest, herefter bliver det lettere.

I stedet for ovenstående anordning med en ventil i forbindelsesrøret kan man lukke den ene ballon med en tøjklemme, eller man kan lukke ballonen ved at dreje den et par gange, så halsen snoes sammen. Man kan desuden forbinde de to balloner med en plastikslange, der kan knækkes sammen for at lukke for luften.

Billede af to forbundne balloner med forskellig størrelse
To balloner er forbundet via en plastikslange. I stedet for en ventil bøjes plastikslangen, således at luften ikke kan sive fra den ene ballon til den anden.

I referencen af Merrit og Weinhaus laves en teoretisk model for overtrykket i en ballon. Der regnes på en sfærisk ballon med en uoppustet radius r0, hvorved man finder følgende formel for overtrykket:

Ligning for trykket i en ballon
Forskellen mellem trykket inde i en ballon og omgivelsernernes tryk som funktion af ballonens radius r.

Modelen svarer ikke fuldstændigt til et realistisk tryk i en rigtig ballon blandt andet på grund af afvigelser fra den sfæriske form. Formlen giver dog en god fornemmelse af, hvordan trykket varierer, når en ballon pustes op:

Graf over overtrykket i en ballon som funktion af størrelsen
Graf over overtrykket i en ballon som funktion af størrelsen.

Det ses tydeligt, at trykket (og dermed modstanden mod at puste ballonen op) er størst, når ballonen er lille. Trykket er maksimalt, når radius svarer til 1,38 gange den uoppustede radius.

Spørgsmål og svar:

Hvorfor sker der ikke noget, når jeg åbner ventilen?

Du har nok pustet den lille ballon for meget op. Ballonen skal være så lille, at trykket er meget større end i den store ballon. Det er desuden vigtigt, at den lille ballon ikke har været pustet op før. Derved vil ballonen nemlig have ændret sin elasticitet. Som bekendt er en ballon nemmere at puste op, hvis den allerede én gang har været oppustet.

Udstyr og materialer:

grøn pil Balloner
grøn pil Rør
grøn pil Ventil eller klemme

Referencer:

grøn pilLink til forsøg i database på University of Minnesota.
grøn pilLink til forsøg i database på Michigan Technological University.
grøn pilLink til forsøg i Test-o-teket.dk.
grøn pilD.R. Merritt and F. Weinhaus: "The pressure curve for a rubber balloon", Am. J. Phys. 46, 976 (1978).
grøn pilF. Weinhaus and W. Barker: "On the equilibrium states of interconnected bubbles or balloons", Am. J. Phys. 46, 978 (1978).
grøn pilLink til forsøg i database på University of Maryland.

PIRA DCS: 2A10.51 (Væskemekanik: Overfladespænding) Hvad er PIRA DCS?

Opdateret: 03.12.2006