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第五百四十七章 徐老师小课堂开课啦(下)(3 / 4)

朴素地看,张力σ应该随气球大小,也就是形变的增加而增加。

可别忘了。

在气球膨胀的同时,1/r会随气球大小的增加而减小。

所以如果从材料层面分析,必须要建立一个非定性的模型才行。

这涉及到了橡胶的超弹性本构,必须要运用到类似ogden模型之类的广义超弹性模型。

不过后世学过热力学的同学应该都知道。

这个问题除了材料的非定向模型之外,还有一种更容易接受的物理分析方法。

想到这里。

徐云便组织了一番语言,对众人说道:

「小气球和大气球的区别就在于它们的大小,气球膨胀的时候,它的表面便会开始越绷越紧,而且一直有一种想要往回缩的趋势。」

「如果气球里面的气体和气球外面的气体压强一样大,那就没有什么别的力能够平衡这种气球皮的回弹力了。」

「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?」

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:

detfλ1λ2λ31,其中λi(i1,2,3)代表沿着三个正交方向的拉伸比。

当p1,α11时。

写作Ψ2μ(λ1λ2λ3??3)。

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∑p1nμpλ??2αp0。(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:

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pvnrt。

就会发现

pt/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neohookean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?

徐云也不由在心中松了口气。

还好,第一关总算是顺利混过去了

早先便提及过。

在当初见到周绍平之后,徐云便冒出了组建一个兴趣小组的想法。

只是徐云原先的打算是徐徐图之,等自己在基地站稳了脚跟后再搞这些事儿。

结果没想到机缘巧合之下,郑涛他们想拜自己为老师,徐云只能后退一步,使得兴趣小组被迫提前问世。

但无论是主动还是被动,有一点都是没变的:

那就是徐云准备用这些青春版大老的能力,来搞一些事情。

同时他也想看看自己能不能输出一些后世的知识,尽量让这个时间线的华夏物理学界走的更轻松一些。

毕竟按照正常发展。

华夏物理学界在往后六十年里都要面临欧美的打压,直到孤点粒子问世方才有所缓解。

而无论是私心还是公义,都有

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