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也谈“水平吹出的肥皂泡能上升吗?”

2012-08-31 |浏览:4517次 | 编辑: 加载失败
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副标题#e#

原载:《物理教师》,2006年第8

本刊《物理教师》2006年第1期《》一文从实验验证到理论分析,比较充分地阐明了水平吹出的肥皂泡没有可能上升(个别肥皂泡的上升将在后面解释)。但文章中在对肥皂泡下降的理论分析时说呼出的是二氧化碳气体,且后面的分析都建立在肥皂泡内全部是二氧化碳气体的基础之上,这是不科学的。虽然人吸入了氧气,但只占吸入空气的21%,占空气78%的氮气不可能经过呼吸系统后也生成二氧化碳气体!本人查阅了一些资料并请教了生物老师,得到吸入与呼出气体的成分及其百分比(见表1),现对肥皂泡下降的原因重新分析。

空气的主要成分是氮气(N2),氧气(O2),二氧化碳(CO2)(少量的水蒸气和其他气体不计),呼出的也主要是这三种气体,它们的体积百分比,见表1

1

 

N2

O2

CO2

吸入(空气)

79.00

20.96

0.04

呼出

79.50

16.4

4.1

1atm0的状态下,空气(吸入气体)的平均密度是1.29kg/m3,氮气(N2)的平均密度是1.25kg/m3,氧气(O2)的平均密度是1.43kg/m3,二氧化碳(CO2)的平均密度是1.98kg/m3,根据克拉珀龙方程

#p#副标题#e#

根据(3)式计算出各种气体在不同温度下的密度,见表2。(p=1atm

再根据表1所给出的体积百分比和算平均密度的公式:

可算出呼出气体的平均密度,再对比空气的平均密度,见表3

由表3可看出,肥皂泡内的气体(呼出气体)比肥皂泡外的气体(空气)的密度始终大一点,这样泡内气体的重加肥皂泡的自重即向下的合力就一定大于肥皂泡向上所受空气的浮力,所以肥皂泡会下降;且随着肥皂泡内气体温度的降低,体积减小,所受空气的浮力减小,向下的合力增加,加速度增大,下降得更快。所以我们观察到的现象是:水平吹出的肥皂泡做“平抛运动”(加速度比重力加速度g要小),在下降的过程中速度加快。

至于有的肥皂泡会上升,在我所做的实验中,如果一次只吹一个或不要让吹出的肥皂泡堆积在一块,没有观察到有上升的现象,如果一连串吹出很多且速度很快,在吹出的气流和气泡的相互作用下,有一两个气泡是会上升的,但它不会影响水平吹出的肥皂泡会下降的结论。

原文的作者根据人们常说的吸入氧气,呼出二氧化碳来解释该现象,虽结论不错,但缺乏一定的科学性。当我们在对身边的物理现象做出合理的解释时,一定要讲究它的科学性,这样有利于使物理学更好地从生活走向物理,从物理走向社会。


(责任编辑:王翔)


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(原文章信息:标题:,作者:王成伟   ,来源:见正文    ,来源地址:)

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