Experiments amb globus (1)

Comencem per un experiment senzill:

Dos globus connectats.

Tenim un sistema de tubs en forma de T que permeten inflar dos globus independentment i comunicar-los entre ells. Convé que els globus s’hagin inflat i desinflat unes quantes vegades perquè siguin més elàstics.
Un dels globus s’infla només una mica, mentre que l’altre s’infla més. Quan es comuniquen obrint les vàlvules, tothom espera que els globus s’igualin. Els que tenen coneixements de física esperen que tots dos globus agafin el mateix volum perquè així tindran la mateixa pressió. La sorpresa és que el globus petit es desinfla i el gran augmenta de volum.
Podríem pensar que els globus són diferents, però si intercanviem els globus s’obté el mateix resultat.
L’aire del globus petit (blau) passa al globus gran (taronja), cosa que sorprèn la majoria de la gent.

Invertint els globus s’obté el mateix resultat: l’aire passa del globus petit (taronja), al globus gran (blau).

Què ha passat amb les pressions? No s’havien d’igualar?
Efectivament les pressions s’han igualat, el que passa és que el globus petit té més pressió que el globus gran. Això és fàcil de demostrar per a una bombolla de sabó i tot i que un globus no és una bombolla de sabó, es comporta de la mateixa manera entre certs límits.
A falta d’una demostració teòrica senzilla per a un globus, farem una demostració experimental.

A continuació es poden veure els resultats:

El primer gràfic mostra la pressió necessària per inflar un globus esfèric en funció del perímetre i la compara amb la pressió necessària per inflar un globus que ja ha estat inflat prèviament. S’hi veu que la pressió, quan comencem a inflar un globus, és més gran que quan ja està més inflat i va disminuint fins a un mínim. Això explica per què costa més inflar un globus al començament.
A partir d’aquí, si continuem inflant el globus, la pressió augmentarà i el globus acabarà rebentant. La pressió, com és lògic, sempre és una mica més gran que la pressió atmosfèrica.
Quan s’infla el globus per segon cop, es reprodueix la situació que s’ha produït en inflar-lo per primer cop, però la pressió és més petita, sobretot la pressió necessària per començar a inflar-lo.
Quan s’infla el globus per tercer cop, la pressió necessària és quasi la mateixa que quan s’infla per segon cop, però lleugerament inferior.

El segon gràfic correspon als globus d’aigua i és semblant a l’anterior. La pressió, però, és una mica més gran que la necessària per inflar un globus esfèric. També s’hi veu que la pressió per inflar el globus per segona vegada és més petita que per inflar-lo per primera vegada.

El tercer gràfic mostra la relació entre la longitud i la pressió en els globus cilíndrics. Com que en inflar els globus pràcticament només augmenten de longitud, no se n’ha tingut en compte el perímetre (només variava al principi i després es mantenia estable).
En el gràfic es pot veure que cal molta pressió per començar a inflar-lo. Després la pressió necessària va augmentant molt a poc a poc perquè el globus no varia de diàmetre i només augmenta de longitud. Quan tot el globus està inflat, la pressió puja ràpidament i el globus rebenta si no es para d’inflar.
Amb aquestes mesures queda clar per què el globus petit es desinfla en el gran.