Γιατί σκάει ένα μπαλόνι όταν τρυπιέται με βελόνα;

Το υλικό από το οποίο είναι φτιαγμένο ένα μπαλόνι έχει μεγάλη σχέση με το γιατί σκάει όταν τρυπιέται με μια βελόνα. Ένα μπαλόνι από καουτσούκ ή λάτεξ θα σκάσει επειδή το υλικό είναι ελαστικό. Ο αέρας μέσα στο μπαλόνι είναι υπό μεγαλύτερη πίεση από τον εξωτερικό αέρα, επομένως όταν γίνεται μια τρύπα, το καουτσούκ γύρω από την τρύπα δεν τραβιέται ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις. Αυτό αναγκάζει την καθαρή δύναμη να τραβήξει το δέρμα μακριά από την τρύπα, γεγονός που αυξάνει περαιτέρω το μέγεθος της οπής. Η διαδικασία είναι γρήγορη και το μπαλόνι θα σκάσει με δυνατό θόρυβο.

Το να σκάω μπαλόνια πριν, κατά τη διάρκεια και μετά τα πάρτι γενεθλίων είναι μια από τις πιο όμορφες αναμνήσεις της παιδικής μου ηλικίας. Υπάρχει κάτι ανεξήγητα ικανοποιητικό στο να τρυπάς ένα μπαλόνι και να το βλέπεις να κάνει «Pop!» την επόμενη στιγμή.

Τι συμβαίνει όμως «στα παρασκήνια» όταν τρυπάτε ένα μπαλόνι; Γιατί σκάει ακαριαία, αντί να διαρρέει αργά αέρα, κάτι που συμβαίνει όταν τρυπάτε ένα σακουλάκι με πατατάκια;

Σύντομη απάντηση: το «δέρμα» ενός φουσκωμένου μπαλονιού είναι υπό πολύ μεγαλύτερη τάση, επομένως σκάει αμέσως μόλις τρυπηθεί, καθώς το λάστιχο γύρω από την τρυπημένη τρύπα δεν τραβιέται ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις.

Η ελαστικότητα ενός μπαλονιού

Ένα μπαλόνι συνήθως κατασκευάζεται από υλικά υψηλής ελαστικότητας, όπως καουτσούκ, λατέξ, νάιλον ή πολυχλωροπρένιο, που τους δίνει την ικανότητα να φουσκώνουν και να τεντώνονται για να γίνουν πολλές φορές μεγαλύτερο από το αρχικό τους μέγεθος. Ο αέρας μέσα στο μπαλόνι είναι σε υψηλότερη πίεση από τον εξωτερικό αέρα, γι' αυτό υπάρχει διαφορά πίεσης μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού αέρα.

Το καουτσούκ στο μπαλόνι περιέχει έναν αριθμό μακρών μορίων (που ονομάζονται «πολυμερή») που συνδέονται μεταξύ τους, ακριβώς όπως το πώς τα ζυμαρικά σε ένα πιάτο τείνουν να κολλάνε μεταξύ τους. Λόγω της ελαστικής φύσης τους, ένα μπαλόνι μπορεί να φουσκώσει μέχρι ένα ορισμένο όριο. Εάν ξεπεραστεί αυτό το όριο, ωστόσο, η τάση που τραβάει τους σταυροειδείς κρίκους των αλυσίδων γίνεται πολύ μεγάλη, με αποτέλεσμα να σπάσουν – και να σκάσουν! πηγαίνει το μπαλόνι.

Πώς λειτουργεί το σκάσιμο ενός μπαλονιού;

Ένα σκασμένο μπαλόνι (Παράθεση εικόνας:Andrew Magill / Wikimedia Commons)

Τη στιγμή που τρυπάτε ένα μπαλόνι, δημιουργείται μια μικροσκοπική τρύπα στην επιφάνειά του. Τώρα, αν είναι ελαφρώς φουσκωμένο, δεν θα σκάσει αμέσως. ο αέρας θα διαρρεύσει αργά από αυτό μέχρι να ξεφουσκώσει τελείως, επιστρέφοντας στο αρχικό του μέγεθος.

Ωστόσο, εάν είναι ένα μπαλόνι που έχει φουσκώσει στο μέγιστο μέγεθος, οι πολυμερείς αλυσίδες του είναι υπό μεγάλη τάση. Κάθε σημείο στην επιφάνεια έλκεται ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις από τα γύρω μόρια καουτσούκ, κρατώντας το μπαλόνι σφιχτά τεντωμένο. Τη στιγμή που εμφανίζεται μια μικροσκοπική τρύπα στην επιφάνεια, το λάστιχο που περιβάλλει αμέσως την τρύπα ξαφνικά δεν τραβιέται ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις.

Αυτό προκαλεί την καθαρή δύναμη να τραβήξει το δέρμα μακριά από την τρύπα, γεγονός που αυξάνει περαιτέρω το μέγεθος της τρύπας. Αυτό συνεχίζεται μέχρι να τραβηχτεί ολόκληρο το δέρμα του μπαλονιού σε ένα σημείο απέναντι από την τρύπα και το μπαλόνι εκραγεί με έναν ήχο που σκάει. Σημειώστε ότι το "pop" αποδίδεται στο κύμα πίεσης που δημιουργήθηκε μετά από μια ξαφνική αλλαγή πίεσης λόγω της ταχείας διαστολής του αέρα που βρισκόταν μέσα στο μπαλόνι.

Όταν εξηγείται έτσι, μπορεί να φαίνεται σαν μια μακρά διαδικασία, αλλά στην πραγματικότητα είναι απίστευτα γρήγορη. Ρωτήστε τον εαυτό σας - πόσο χρόνο χρειάζεται ένα μπαλόνι για να σκάσει από τη στιγμή που το τρυπάτε με κάτι αιχμηρό; Ακριβώς…. οπότε αυτή η φαινομενικά μακρά διαδικασία είναι ουσιαστικά στιγμιαία.

Γιατί σκάει ένα μπαλόνι όταν ψεκάζεται με μια φλούδα πορτοκαλιού;

Εάν δεν το έχετε δοκιμάσει ποτέ πριν, ίσως να θέλετε να το δοκιμάσετε τώρα. Πάρτε μια φλούδα πορτοκαλιού και ρίξτε λίγο από το ξύσμα σε ένα φουσκωμένο μπαλόνι. Εάν δεν χρησιμοποιείτε ένα μπαλόνι που έχει βουλκανισμένο καουτσούκ, το μπαλόνι θα σκάσει αμέσως. Ακολουθεί ένα γρήγορο βίντεο του πειράματος:

Γιατί συμβαίνει αυτό;

Αυτό το περίεργο φαινόμενο οφείλεται στο ότι τα πορτοκάλια αποτελούνται από έναν άχρωμο υγρό υδρογονάνθρακα που ονομάζεται λιμονένιο (ο οποίος, παρεμπιπτόντως, δίνει επίσης στα πορτοκάλια το χαρακτηριστικό άρωμα).

Η χημική δομή του λιμονενίου

Η μη πολική φύση του λιμονενίου είναι υπεύθυνη για τη διάλυση των μη πολικών αλυσίδων που υπάρχουν στο καουτσούκ (όπου οι κλώνοι πολυμερούς δεν είναι διασταυρωμένοι). Εάν, ωστόσο, το μπαλόνι είναι κατασκευασμένο από βουλκανισμένο καουτσούκ, δεν θα σκάσει ως αποτέλεσμα της φλούδας πορτοκαλιού, επειδή το βουλκανισμένο καουτσούκ έχει τους κλώνους πολυμερούς του συνδεδεμένους με άτομα θείου.

Έτσι, την επόμενη φορά που θα είστε σε ένα παιδικό πάρτι γενεθλίων και θέλετε να σκάσετε μπαλόνια με λίγο περισσότερο στυλ, φροντίστε να έχετε μερικά φρέσκα πορτοκάλια στις τσέπες σας. Και ναι, κρατήστε τα δάχτυλά σας σταυρωμένα ώστε τα μπαλόνια να μην είναι κατασκευασμένα από βουλκανισμένο καουτσούκ!