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首发:~第五百四十七章 徐老师小课堂开课啦(下)
“所以气球内部的气体压强其实是比气球外面的要大,或者说是气球皮的这个回弹力把气球内的气体压缩了。”
说到这里。
徐云又让乔彩虹将轮椅推到了一块黑板边上,拿起粉笔画了个图。
示意图的形状很简单,直观点描述就是
比划一个“耶”的手势,然后水平朝左,两根手指的指尖各有一个箭头。
接着徐云在“手指”交汇的地方写了个o,指尖弧线连线的中段写了个a:
“各位请看,这里的点o在气球内部, a代表气球表面一个很小很小的小正方形。”
“因为气球是膨胀的,所以表面不是平的而是有一个弯弯的弧度。”
“而表面张力t呢,就是想要尽力把这个弧度拉平。”
“如此一来,是不是就很明显了?”
见此情形。
不少成员下意识点了点头。
确实。
气球的表面存在弧度,这是小学生都能理解的情况表述。
所以图示上表面张力的方向虽然垂直于半径 r,但并不垂直于球心o到这个小面积中心点 a的连线。
这个时候如果没有其他的力,这个薄膜也就是气球表面自然就无法保持平衡了。
换而言之
必须要有一个存在气球皮两侧的压力差,以此来抵消这个表面张力t在oa这个线上的作用力。
接着徐云又写下了一段推导:
detf=λ1λ2λ3=1,其中λi (i=1,2,3)代表沿着三个正交方向的拉伸比。
Ψ=∑p=1nμpαp(λ1αp+λ2αp+λ3αp3)
当 p=1,α1=1时。
写作Ψ=2μ(λ1+λ2+λ33)。
假设曲面上气球属于二向受等大力的状态,并且在 x3方向上自由。
则柯西应力写为σ3=p+∑p=1nμpλ2αp=0。(注:我不确定柯西应力这时候有定式了没有,姑且看做有吧,毕竟这个情节非常重要)
设气球初始半径r,初始壁厚h经过变形后半径为r,壁厚为h。
则最终式为:
p=2σhr=2λ3σhr=2hr∑p=1nμp(λαp3λ2αp3)。
这一次。
现场更多人的脸上浮现出了明悟之色。
从这个公式不难看出。
体积元δl/rl处在公式中段的位置,也就是说不管什么x啦t啦ya啦之类的数值是多少,δl/r是不变的。
换而言之
这个时候等式用具体数值两边都除以δl,再代入pv=nrt。
就会发现
p=t/r会先减小,后增大。
写到这里。
徐云便放下了笔,双手一摊,对众人说道:
“如此一来,答桉就很明显了。”
“随着气球体积的增大,内部的气压并不会一味的增大或者减小。”
“它的趋势是会先减小而后增加,这叫做极值点失稳。”
“在气压减小的时候,那我们吹气球就会比较费力。”
“等到它超过了极值点变成‘大气球’的时候,内部压强增大,吹起来自然就容易很多了——内部压强大,施加给橡胶的‘压力’就会更大一些嘛。”
由于有绷带的阻挡。
因此现场众人并没有发现,徐云在说这番话的时候,表情其实并没太多底气。
没办法。
这年头别说neo-hookean模型了,哪怕是varga模型都还没面世呢。
没有模型推导,后世赫赫有名的14半径比徐云其实是证明不出来的。
因此他只能另辟蹊径,用三参数自由度的角度来进行证明。
反正数值上都没啥毛病嘛
而就在徐云解释完毕后。
整个学习小组现场先是沉默片刻,紧接着便骤然响起了一阵掌声。
啪啪啪——
众人的表情并不算激动,但原先眼中的质疑却消散了一大半。
取而代之的,则是善意与认同。
就像是
徐云从祭品变成了教友?
见此情形。
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