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向两只橡胶气球里充气使其部分膨胀并用一根带有阀门的软管连接在一起。会发现气体会由于初始体积不一样而流动方向也不一样。 设计简易实验： 实验器材：橡胶气球、软管、阀门、打气筒、相机 实验步骤：改变两个气球的尺寸,按上图连接方式连接，打开阀门观察现象，多做几组。 普遍现象：大球变得更大，小球变得更小 反常现象：大球变得更小、小球变得更大；无任何改变等。 1.在做了二十几组实验后，基本可以得出：向两只橡胶气球里充气使其部分膨胀并用一根带有阀门的软管连接在一起，打开阀门后小气球会变得更小大气球会变得更大，也就是气体会从小气球流向大气球。 2.因为我们的实验中也出现了反常现象，所以普遍现象应该是基于一定前提的，我们改变的是两个气球的大小，但是实验组数远远不够，并不能精确说明在什么情况下可以得到普遍现象，什么情况下是反常的。 理论解释：分析时我们把气球当成理想橡胶 理想橡胶的状态方程： 詹姆斯·哈格里夫斯对于一个理想橡胶的平行六面体应力-应变关系写为： 在这里，fi是在i方向上的外力，li是一个线性维数，k是玻尔兹曼常量，K是一个有关可能的网络配置的样本的数量的常数，T是绝对温度，Li0 是未拉伸时的尺寸，p是内压力，V是样本的体积。因此，力由两部分组成，第一个力使其有收缩的趋势，第二个力使其有膨胀的趋势。 假定气球是由许多个这样相互关联的理想橡胶组成的，它以和气球膨胀相似的方式变形，因为橡胶强烈地抵抗体积变化，体积V可以被认为是常数，这允许我们写出其应力-应变关系： λi=Li/Li0 是成比例增加的。在薄壁球壳的情况下,所有作用于橡胶的力定向无关地延伸到表面。 而t0和t分别指的是最初和最终的厚度，对于一个半径为r，一个固定体积的橡胶体意味着r2t是常数。 因此 理想橡胶气球的压强曲线： 内部压强P达到了一个最大值，而当r增大时，p趋近于0。 当阀门释放,空气从更高压强的气球中流向较低压强的气球。较低压强的气球会膨胀，压强曲线表明了一种典型的初始结构：更小的气球有更大的压强，所以当阀门打开的时候，更小的气球会将气体压到更大的气球中。小气球更小，大气球更大。两个气球有相等的压强时气流停止，压强曲线的左边有一个分支(r rp)和一个右边的分支(r rp)。 气球有相同的大小时，平衡也有可能。如果在两个气球的空气总量小于Np，在两个气球中定义为分子的数量，如果他们同时达到了压力曲线的峰值，那么两个气球最终以相同的半径达到压力峰值的左方?rrp，另一个方面，如果分子的数量超过了Np，唯一可能的平衡状态是上面所描述的那样,有一个气球在峰值的左边,一个在右边。当两个气球都在压力峰值的右边时平衡也存在但是很不稳定。通过在相互连接的气球间来回挤压空气就很容易验证。 当联通气球系统达到平衡值，小一点气球或气泡的体积会变为零，而大一点的因为气体从另一方冲进来而变大。因为小气球表面张力提供的内部压强更大，所以气体从小流到大。在实际气体的模型中，发现这陈述只在周长为30到50厘米的聚会气球上成立。在这个范围中，表面张力几乎恒定，正如理想气球和气泡的表面张力恒定。当周长小于30厘米，小气球会比大气球有更小的内部压强。周长超过50厘米的同样如此。表面张力的影响在30到50厘米的连接聚会气球模型上展示效果最好。 不理想的气球:在詹姆斯·哈格里夫斯理论中忽略了一些物理效应：结晶、不完美的分子链的灵活性、立体障碍等，因此,如果两个气球最初延伸得很大，在两个气球实验中产生其他结果也是有可能的，这使橡胶气球的行为变得更加复杂，就像是相互关联的肥皂泡。此外压强不仅取决于气球的直径，也取决于膨胀发生的方式和起始方向的改变。例如，在给定一个半径时，膨胀的压力始终大于收缩的压力。一个后果是，相比发生在理想的情况下，当直径变化较小时，平衡更容易获得。 日常延伸 通过之前的理论，我们可以理解了为什么吹气球时一开始比较费劲而吹大到一定程度时所花的力气就很小了。 人类一生呼吸超过6亿次，但第一口呼吸是毕生最困难、也最危险的一次。　　胎儿都是从母亲胎盘吸收氧气，在母亲子宫孕育数月的宝宝肺部部分塌陷。　　婴儿刚出生时的第一次呼吸是毕生最艰苦的一次呼吸：初次让肺部吸饱空气比正常呼吸费力10到15倍，第一口呼吸能让肺液被血液吸收，这口呼吸也必须让数百万肺泡像气球一样涨饱。这个现象就和我们吹第一口气球一样。 或许婴儿的第一声啼哭就是因为这万分艰难的第一次呼吸吧。