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气球里的秘密

2019-01-14徐海杨敏楚婉苓

知识就是力量 2019年12期
关键词:氢气球氦气热气球

徐海 杨敏 楚婉苓

塞纳河畔左岸的咖啡

我手一杯品尝你的美

留下唇印的嘴

花店玫瑰名字写错谁

告白气球风吹到对街

微笑在天上飞

你说你有点难追

想让我知难而退

礼物不需挑最贵

只要香榭的落叶

喔营造浪漫的约会

不害怕搞砸一切

拥有你就拥有全世界

气球不仅是孩子们非常喜欢的一种玩具,也是非常受欢迎的装饰品。在许多国家,气球会被用作庆祝时的点缀。每当节日来临,街道上、学校里、商场里都可以看到不同颜色的气球;一些开幕仪式上,人们还会刺破气球来记录和庆祝那个重要时刻;特别是在浪漫的婚礼上,气球更必不可少,看那粉色、白色、紫色的气球一簇一簇堆出最动人、最戳中少女心的浪漫;在向女生告白时,男孩儿也喜欢用充满氢气的气球,利用它密度小的特点使气球缓缓上升。“飞”到暗恋女孩的窗前,将上面的字和画展露在她的眼前,把心里的话说给她听。

气球就是这样,欢乐、浪漫,喜庆、祥和,总之都是甜甜的“味道”,越来越得到人们的青睐!气球里面到底是什么气儿?它为什么会因“发脾气”而爆炸?就让我们一起走进《告白气球》,发现气球里的科学!

气球的诞生

1772年冬,法国里昂的蒙哥菲尔兄弟正坐在壁炉前烤火,只见一股浓烟向炉顶冲上去,哥哥看见后心里突然产生了一个有趣的念头:要是做个口袋,把烟装进去,不就可以让口袋飞起来了吗?于是兄弟俩找来绸布,缝成一个口袋,再用口袋收集烟,扎上口,口袋真的升起来了一一这便是人类最早出现的气球。

后来,蒙哥菲尔兄弟经过10年的努力,终于在1783年把一个巨大的热空气球送上了天空。

热气球在中国已有悠久的历史。公元二、三世纪时,中国人就发明了最早的热气球——天灯(也称孔明灯,相传为三国时期诸葛亮的发明),主要用来传递军事信号。英国学者李约瑟在其著作中也指出,公元1241年蒙古人曾经在李格尼兹(Liegnitz)战役中使用过龙形天灯传递信号。

热气球升空的秘密

热气球,是一个比空气轻,上半部椭圆,下半部吊着篮子的飞行器,下面的吊篮用来携带乘客和热源(大多是明火)。热气球利用加热的空气或某些气体(比如氢气或氦气)的密度低于气球外的空气密度产生的浮力来升空。

热气球的高度通常要达到十几千米,那它是如何飞起来的呢?原来,热气球的唯一飞行动力是风。对于环球飞行的热气球来说,必须选择速度和方向都合适的高空气流,并随之运动,才能高效地完成飞行。就像远途旅行需要转机一样,热气球也需要搭乘不同的气流,只不过在“换气流”时需要飞行员及时调整高度。

氣球的种类

国际航空联合会(FAI)下属的气球理事会(CIA)根据填充的气体不同,把气球分成四类:

AA型:填充比空气轻的气体如氢气或氦气,气囊不密闭,没有加热装置;

AX型:气囊中填充空气,通过装置对空气加热,使之变轻获得升力,又被称为热气球;

AM型:既填充“轻气”,又具有加热装置的气球,又被称为罗泽(Rozier)气球;

AS型:填充“轻气”,气囊密闭,由于高度可通过充气量控制,用于科学研究。

我是氢气球,你是氦气球

一直以来,气球都是小孩子最爱的玩具之一了,但通常乳胶气球容易爆破,而且气体保持时间也比较短。所以,人们一直想研制一种能较长时间保持气体不漏气的气球。终于,在20世纪70年代末,人们找到了铝膜这种材料,用它制成的气球能够较长时间保持不漏气。但无论是乳胶气球亦或是铝膜气球,当它们充了氢气和氦气后,从外表上都看不出来,因为它们都能达到一样的效果。那么,我们到底应该选择哪种气体作为充铝膜气球的气体呢?

先来看看氢气。氢气是世界上最轻的气体。它的密度非常小,只有空气的1/14,标准状态下。1升氢气的质量是0.0899克。世界上第一个氢气球诞生于1780年,当时法国化学家布拉克把氢气灌入猪膀胱中,制得了世界上第一个氢气球。当前,较小的氢气球多用于儿童玩具或喜庆之日放飞,较大的氢气球则用于飘浮广告条幅,也叫空飘氢气球,而气象上用氢气球探测高空,军事上用氢气球架设通信天线或发放传单。

但是,氢气球升到空中容易爆炸。这是因为氢气的密度比空气要小,而到了高空,空气更为稀薄,气球内外部的压力差别更大,气球会逐渐膨胀以至爆炸。同时。因为高空气温降低,也会促使气球爆炸,前者是主要原因,后者是次要原因。另外,氢气还是一种易燃、易爆气体,很小的一点能量,就有可能引发爆炸,所以,人们已经不用氢气球了。

从环保角度来说,氢气球破裂后的残片会随机飘散,有可能会被野生动物误食,进而导致消化系统、呼吸系统的梗阻(曾看过一个短片,讲的是大海中的海龟因误食塑料袋而引起死亡)。这也是现在氢气球被人们“抛弃”的原因之一。

再来看氦气。氦气是除氢气以外密度最小的气体,1升氦气的质量是0.17847克,所以当我们把氦气充入铝膜气球里时也能达到飘浮的效果。又因为氦气是惰性气体,通常条件下不与其他元素和化合物产生化学反应,所以用来填充气球不会产生任何危险,因此氦气球一般会作为广告气球及生日派对气球,给大家营造欢快、祥和的气氛。

其实,这两种气球就是因为填充的气体不同而得名的。如果你给铝膜气球充的是氦气,那它就是氦气球,如果里面是氢气,那就叫氢气球。

科學魔法秀

扎气球的游戏我们每个人都玩过,但有的气球一扎就破,有的气球却不会一扎就破,这是什么原因呢?如果你再细细观察,就会发现当用针或竹签扎吹起来的气球顶部时,气球是不会破的。原来,当我们开始吹气球时,气球内部的压力会越来越大,同时组成气球的橡胶分子会因为压力变大而被拉伸。这时,如果有外来物扎了气球一下,气球被扎的那一点所受到的压力就会骤然增大,然而单个橡胶分子可以承受的力度是有极限的,一旦超过这个极限,这个受力的橡胶分子会将这个力分散给周围其他的橡胶分子,当这些分子都承受不住的时候,气球就会“嘣”的一声爆炸了。但是当我们从顶端或底部扎入时,这些区域因为聚集了大量没有延伸开的橡胶分子,所以使得这个区域非常有弹性,当外力作用于这些区域,会有很大的缓冲空间,不会引爆气球。虽然这样做气球不会爆炸,但是气球还是会慢慢漏气。不过,如果异物一直保持着插入状态的话,那气球也同样会保持密闭的状态。

小时候,气球是我们的玩具,在呼出的气体的控制下充满、缩小,从手中跳跃到空中,再跳跃到同伴的手里;上学后,气球是对我们极具吸引力的未知气体,是涉及到密度等概念的名词;后来呢,气球是告白时送出的深藏心底的话语,是婚礼上成片成簇的浪漫背景,也是幸福生活的美好见证。

延伸阅读

那些与气球有关的小浪漫

《飞屋环游记》是一部非常浪漫的动画电影。影片讲述了男女主人公从稚童走向婚姻,当女主角先一步离开男主后,男主角一开始非常颓废,觉得生活非常无趣,直到政府要拆掉他们的屋子,他翻阅两人以前一起做的一个类似心愿清单的书籍,终于下定决心用气球实现飞屋环游,去南美洲的瀑布旅行,完成当时的共同心愿。旅行期间,他也遇到了很多有趣的人、有趣的事,最终实现了飞向瀑布的冒险之旅。

2018年中央电视台春节联欢晚会上,歌手周杰伦和魔术师蔡威泽合作完成了一个魔术音乐节目《告白气球》。当特效和魔术结合,举手抬足间就是星空幻影、火花四射,充满了浪漫色彩;当歌声响起,挥手间出现不断变换的梦幻场景,彩虹、星空雨、小房子……全场都被浪漫、甜蜜的梦幻世界所笼罩。除此之外,周杰伦还“变”出了一个可爱的身穿红衣的小姑娘,同时“变”出了一只气球送给了她。

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