針で刺したときに風船が割れる理由には、風船の素材が大きく関係しています。ゴムやラテックスでできた風船は伸縮性があるため、はじけます。風船の内側の空気は外側の空気よりも圧力がかかっているため、穴が開いたときに穴の周りのゴムがすべての方向に均一に引っ張られるわけではありません.これにより、正味の力が皮膚を穴から引き離し、穴のサイズをさらに大きくします。プロセスは迅速で、風船は大きな音を立ててはじけます。
誕生日パーティーの前、最中、後に風船を割ることは、子供の頃の私の一番の思い出の 1 つです。風船に穴を開けて、次の瞬間に風船が「はじける」のを見ると、なんとも言えない満足感があります。
しかし、風船に穴を開けるとき、「舞台裏」では何が行われているのでしょうか?ポテトチップスの袋を刺したときに空気がゆっくりと漏れるのではなく、なぜすぐに弾けるのでしょうか?
短い答え: 膨らませた風船の「皮膚」は、より多くの張力を受けているため、刺した穴の周りのゴムがすべての方向に均一に引っ張られていないため、突き刺すとすぐに破裂します.
風船の弾力性
バルーンは通常、ゴム、ラテックス、ナイロン、ポリクロロプレンなどの伸縮性の高い素材でできており、膨らませたり伸ばしたりして元のサイズの何倍も大きくなります。風船の内側の空気は外側の空気よりも高圧であるため、内側と外側の空気の間に圧力差が生じます。
風船の中のゴムには、たくさんの長い分子 (「ポリマー」と呼ばれる) が含まれており、これらは互いに結合しています。弾力性があるため、バルーンは一定の限界まで膨らませることができます。ただし、その限界を超えると、チェーンのクロスリンクを引っ張る張力が大きくなりすぎて、チェーンが壊れ、ポップ!
風船を割る仕組みは?
破裂した風船 (画像クレジット:Andrew Magill / Wikimedia Commons)
風船を刺した瞬間、表面に小さな穴が開きます。少しだけ膨らませただけでは、すぐには弾けません。空気は完全に収縮するまでゆっくりと漏れ出し、元のサイズに戻ります。
ただし、最大サイズまで膨らませたバルーンの場合、そのポリマー鎖には大きな張力がかかります。表面のすべての点は、周囲のゴム分子によってあらゆる方向に均等に引っ張られ、風船をしっかりと伸ばしたままにします.表面に小さな穴が開いた瞬間、その穴を直接囲んでいるゴムは突然、全方向に均一に引っ張られなくなります。
これにより、正味の力が皮膚を穴から引き離し、穴のサイズをさらに大きくします。これは、風船の皮膚全体が穴の反対側の点まで完全に引き戻され、風船がはじける音で爆発するまで続きます. 「ポップ」は、バルーン内の空気の急激な膨張による急激な圧力変化の後に生じる圧力波に起因することに注意してください。
このように説明すると、長いプロセスのように見えるかもしれませんが、実際には信じられないほど迅速なプロセスです。これを自問してみてください – 先のとがったもので風船をつついてから風船が割れるまでにどれくらいの時間がかかりますか?丁度…。したがって、この一見長いプロセスは、本質的に瞬時に完了します。
風船にオレンジの皮をはじくと、風船が割れるのはなぜですか?
これまでにこれを試したことがない場合は、今すぐ試してみてください。オレンジの皮を取り、膨らませた風船にその皮を吹きかけます。加硫ゴムが入った風船を使用していない場合、風船はすぐに破裂します。実験の簡単なビデオは次のとおりです:
なぜそれが起こるのですか?
この奇妙な現象は、オレンジがリモネンと呼ばれる無色の液体炭化水素で構成されているためです (ちなみに、リモネンはオレンジに特有の香りも与えます)。
リモネンの化学構造
リモネンの非極性の性質は、ゴムに存在する非極性鎖を溶解する役割を果たします (ポリマー鎖は架橋されていません)。ただし、バルーンが加硫ゴムでできている場合、オレンジの皮が原因で破裂することはありません。これは、加硫ゴムのポリマー ストランドが硫黄原子で結合されているためです。
今度子供の誕生日パーティーに行って、もう少しスタイリッシュに風船を割ってみたいと思ったら、ポケットに新鮮なオレンジをいくつか入れておきましょう。そうです、気球が加硫ゴムでできていないことに注意してください!
