Kéo và kéo cao su

PHÒNG THÍ NGHIỆM “QUANTA”

Kéo và kéo cao su

S. VARLAMOV

NHƯ ĐÃ BIẾT, CÓ không khí (có vỏ cao su) không chỉ có bóng mà còn có hình trụ. Nếu độ dày của lớp vỏ bằng nhau trên toàn bộ bề mặt thì lớp vỏ rỗng ban đầu có dạng một quả bóng có bán kính $R_{0}$ hoặc một hình trụ có bán kính tiết diện $R_{0}$, trong khi áp suất không khí $p_{0}$ bên trong giống như bên ngoài. Và sau đó xuất hiện áp suất dư - bán kính của vỏ bi cũng như bán kính và chiều dài của hình trụ bắt đầu tăng lên. Đầu tiên, hãy xử lý những quả bóng.

Quả bóng

Áp suất dư ’ p bên trong quả bóng, khi bán kính của nó tăng ’ R, lúc đầu tăng, sau đó đạt giá trị cực đại, bắt đầu giảm. Nói cách khác, một số mức tăng tương đối trong bán kính $R_{m} R_{0}$ của quả bóng tương ứng với áp suất dư cực đại (tối đa) ’ $p_{max}$. Với sự tăng trưởng hơn nữa của bán kính quả bóng, khi R! $R_{m}$, áp suất dư đầu tiên giảm xuống, đạt giá trị tối thiểu và sau đó bắt đầu tăng trở lại. Khi đạt giá trị cực đại của bán kính $R_{max}$, áp suất dư trong quả bóng thậm chí còn lớn hơn giá trị ở mức tối đa đầu tiên ’ $p_{max}$, và sau đó vỏ quả bóng xẹp xuống - người ta nói: “quả bóng vỡ”. Biểu đồ thực nghiệm về sự phụ thuộc của áp suất không khí dư trong một quả bóng có vỏ cao su vào thể tích của nó (lấy từ Internet) được hiển thị trong Hình 1. “Tại sao lại như vậy?” - một câu hỏi mà tôi muốn nhận được đáp số ý nghĩa. Để có được đáp số bạn cần hiểu cấu trúc của vật liệu Hình 1

DOI: https://doi.org/10.4213/kvant20250205

vỏ của những quả bóng như vậy, tức là bằng cao su. Và điều này có nghĩa là chúng ta cần hiểu cơ chế đàn hồi là gì và lý do khiến cao su có khả năng bị biến dạng tương đối đàn hồi rất lớn (hàng trăm phần trăm), đồng thời (như thí nghiệm cho thấy) thể tích mà cao su chiếm giữ trong không gian được bảo toàn với độ chính xác tốt. Theo định nghĩa, cao su là vật liệu polyme có độ đàn hồi cao thu được bằng quá trình lưu hóa cao su, tức là bằng cách trộn nó với chất lưu hóa, thường là lưu huỳnh, sau đó đun nóng. Như đã biết, cao su là một chất bao gồm các phân tử rất dài không thẳng mà bị “vụn”, trong khi phần cuối của chuỗi phân tử dài như vậy, bao gồm một số lượng lớn các nguyên tử liên kết với nhau, được kết nối với nhau ở một số nơi bằng những “cầu nối” nguyên tử lưu huỳnh. Các biến dạng tương đối của cao su theo các hướng đã chọn có thể được đặc trưng chính xác đến hàng trăm phần trăm vì khoảng cách giữa các điểm gắn của các đầu của một sợi dây dài trong một quả bóng cuộn nhỏ hơn nhiều so với chiều dài của sợi dây này nếu nó được duỗi thẳng.