北京
你敢拿木簽戳氣球嗎？
大多數(shù)人的答案都是：
這還用試？肯定會炸。
但今天這個實驗，
氣球居然能安然無恙？
實驗器材
氣球若干、木簽/牙簽、洗潔精、紙巾、所標(biāo)杯
實驗步驟
吹起一個氣球，充氣到中等大小后系緊。注意不要吹得太滿，氣球越鼓，實驗成功率通常越低。先觀察氣球外形：遠離打結(jié)處的頂部小圓點附近，以及靠近尾部打結(jié)處，往往是比較厚、沒有被拉得那么厲害的區(qū)域。
在木簽前半段和氣球涂上一層洗潔精。
安全提示：木簽尖銳，操作時不要對著面部和眼睛；氣球爆裂聲音較大，低齡兒童建議在家長陪同下進行。
第三步：
把木簽對準氣球頂部正中，慢慢旋轉(zhuǎn)著刺入。注意是“推著轉(zhuǎn)進去”，不要猛扎。位置合適時，木簽會穿破氣球表面，但氣球并不會立刻爆炸。
第四步：
繼續(xù)讓木簽沿著氣球的長軸向前移動，盡量朝打結(jié)尾部附近前進，并從尾部附近穿出。成功時，氣球會像被木簽“串”起來一樣，卻依然保持鼓鼓的狀態(tài)。
第五步：
再取一個大小相近的氣球，同樣把 木簽和氣球 涂上洗潔精。這一次對準氣球最鼓的側(cè)面，橫著刺入。通常你會聽到熟悉的一聲“啪”，氣球瞬間爆開。
第六步：
清理家中四散的若干氣球碎片，集齊碎片沒有驚喜，但是沒有集齊就說不準了。
原理解說
很多人以為，氣球一被戳出洞就一定會爆。其實，真正讓氣球“啪”地炸開的，不是那個小洞本身，而是這個小洞會不會迅速變成一條失控擴展的裂紋。
氣球由乳膠制成，微觀上由無數(shù)條像彈簧一樣的高分子聚合物鏈交織而成。吹氣球時，這些鏈被拉伸，橡膠內(nèi)部儲存了彈性勢能。但氣球各個部位的拉伸程度并不均勻：最鼓的“肚子”處橡膠最薄、拉得最緊，張力極大，聚合物鏈幾乎被拉扯到極限；而頂部小圓點和打結(jié)尾部附近，橡膠更厚，拉伸程度更小，還保留著很大的彈性余量。
所以，這個實驗成敗的關(guān)鍵，不在于木簽有多長，也不在于它是否穿過了整個氣球——實際上木簽只刺穿了入口和出口兩個點，中間一段只是從氣球內(nèi)部的空氣中通過——而在于這兩個孔到底開在了哪里。
如果扎在氣球側(cè)面最鼓的位置，相當(dāng)于在高張力區(qū)域制造了一個缺口。缺口周圍被拉緊的橡膠會拼命將其撕大，裂紋沿著薄膜飛快傳播，整個氣球在極短時間內(nèi)崩開，這就是我們熟悉的爆裂。這種現(xiàn)象在工程學(xué)上叫“應(yīng)力集中”——力并不是均勻分布，而是在缺口、尖端這些地方被擠得特別厲害，裂紋一旦起跑，就很難停下來。氣球吹得越滿，橡膠越薄、彈性能越多，實驗就越容易失敗。反過來，如果從頂部或尾部刺入，情況就不同了。這些區(qū)域的張力小，聚合物鏈還有余量，橡膠不會迅速撕裂，反而能依靠彈性緊緊包裹住木簽。這時，洗潔精的作用就顯現(xiàn)出來了——它不是把氣球變結(jié)實，而是充當(dāng)潤滑劑，讓木簽滑進聚合物鏈之間的縫隙，而不是粗暴地將它們扯斷。同時，洗潔精和橡膠的緊密貼合也封住了空氣泄漏的縫隙，空氣只會緩慢漏出，氣球就能暫時保持完整。
這個實驗背后的邏輯，其實和許多工程問題是相通的。材料很多時候并不是怕“有孔”，而是怕“在高應(yīng)力區(qū)出現(xiàn)會擴展的裂紋”。20世紀50年代，世界上第一款噴氣式民航客機“彗星號”接連發(fā)生空中解體慘劇，調(diào)查發(fā)現(xiàn)罪魁禍首竟是機身上的方形舷窗——方形窗戶的直角處就像氣球側(cè)邊被扎破的小口子一樣，承受了極大的應(yīng)力集中，在飛機不斷升降的高低壓循環(huán)中，直角處的金屬產(chǎn)生疲勞裂紋，最終導(dǎo)致機身像氣球一樣瞬間撕裂。自那以后，所有飛機舷窗都改成了橢圓形或帶有圓角的形狀，以平滑地分散應(yīng)力。
為分散應(yīng)力，現(xiàn)代飛機舷窗均被設(shè)計成橢圓形或帶有圓角的形狀
所以，木簽?zāi)懿荒艽┻^氣球，決定因素并不是尖不尖，而是你扎在了哪里，有沒有給裂紋可乘之機。順著低張力、較厚的區(qū)域慢慢刺入，氣球還能頑強撐住；橫著闖進它最脆弱的高張力區(qū)，它就只剩下一聲“啪”了。
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