題:
為什麼在汽車加速時，充氦氣的氣球會在汽車中向前移動？
user33986
2013-11-16 20:09:42 UTC
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我注意到，當我的車內裝有充滿氦氣的乳膠氣球時，隨著我向前加速，它在機艙中向前移動。我向前加速的速度越快，氣球從汽車後部到汽車前部的速度就越快。氣球沒有繩子。當我開車回家時，這與我4歲的孩子成了一場比賽。我們根據我加速的速度，轉彎的角度等來確定氣球的去向。我希望它的作用就像杯子裡的水一樣，但看起來完全相反。是什麼力量導致了此行為？我以為這與封閉艙室中的流體動力學有關，但我無法弄清楚。

浮力。汽車中的空氣向後移動，增加了汽車後部的壓力，因此氣球向前漂浮。 https://zh.wikipedia.org/wiki/浮力
如果您在氣球上的一根細繩上懸掛一小塊重物，那會更加有趣。...不足以“沉入”氣球，但它指示氣球“向下”
根據廣義相對論，[重力和加速度是無法區分的]（http://en.wikipedia.org/wiki/Equivalence_principle）。因此，如果氣球在一種情況下是相反的，那麼在另一種情況下也必須如此。
換句話說：在加速的車輛中，重力矢量為$ \ vec g_ {veh} = \ vec g_ {earth}-\ vec a_ {veh} $
設想涉及的力量的一種更簡單的方法可能是使用一個裝有水的瓶子，但氣泡除外。然後，從直覺上來說，氣泡與加速度相反地運動。
如果您正在考慮杯子中的水，請不要忘記杯子頂部也有空氣。
最近的“更聰明的每一天”視頻中介紹了此主題：https：//www.youtube.com/watch？v = y8mzDvpKzfY
八 答案:
DumpsterDoofus
2013-11-16 20:27:41 UTC
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它在加速的汽車中向前行駛而不是向後行駛，其原因與氦氣球在重力作用下向上而不是向下行駛的原因相同。為什麼會這樣？

在加速的汽車中，無論出於什麼意圖和目的，加速度都可以看作是重力的大小和方向的變化，從垂直指向向下和向後指向。氣球不知道也不在乎加速度是來自重力還是來自汽車的加速度。它只是試圖沿其自然移動的方向移動，即與加速度的方向相反。因此，當您加速時，它會向前移動。希望您能從直觀上找到滿意的解釋。

查看問題的另一種更嚴格的方法是通過拉格朗日最小化。氣球可以被認為是低密度的物體，嵌入在受限於汽車范圍內的高密度流體中。在指向側面的重力的影響下，總系統勢能減小，氣球位於更遠的位置。由於力是電位的梯度，氣球將嘗試向前移動。

解釋是非常好的，但是我要補充一點：如果您的汽車向前加速，壓力變化的方式是，在汽車的盡頭壓力會比開始時高。就像DumpsterDoofus解釋的那樣，這類似於重力如何影響壓力（越靠近中心點，壓力越高）。但是，氣球不希望“對抗”加速，而只是想達到汽車前部的較低壓力區域。
是的，當我看到這個問題時，我什至都沒有想到壓力圖，儘管它無疑是等效的，而且可能比我對很多人的解釋更為直觀；視覺上想到的第一件事是拉格朗日最小化。
我不認為它們是等效的。我們在地球大氣層中沒有任何壓力差。我認為DumpsterDoofus的解釋更為籠統。您不需要漸變來使氣球抗重力。它“引力”的原因與我們在大氣中的原因相同：普通空氣比氦氣重，因此被吸引。您不需要壓力梯度。我可以說吸引力的形式補償了壓力梯度，無論它存在什麼。因此，壓力梯度不起作用。
當您解釋水面上的油液或氦氣球升起時，您不會說出壓力差。
@Val,當然我們確實有壓力差。高空大氣的壓力低於海平面大氣的壓力。發生這種情況的原因是重力-沒有重力，沒有壓力差（或與此有關的大氣）。如果您是從受過物理教育的人的角度來看，DumpsterDoofus的解釋就很正確。加速度會引起虛重力效應，從而產生壓力差，從而在氣球上產生浮力。
您是否對孩子說黃油是因為存在“壓力差”而浮在水面上，還是用“受過物理教育的觀點”說黃油更輕？為什麼不看我的評論就回答我？您為什麼要從最初受過教育的物理學家的孩子中選出愚蠢的外行？儘管您有“壓差”，順便說一句，沉重的物體還是從大氣中掉落的。
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如果您根據邏輯說石頭必須飛起來，那麼為什麼需要學校？
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@Val,是的，只要作用在石頭上的浮力大於拉下石頭的重量，石頭就會懸浮。我要說的是：對於一個外行人，壓力差的解釋立即有意義，而“由於加速度引起的表觀重力”這一概念需要一些解釋。如果我冒犯了您，請原諒我，我並不是要質疑您的專業知識。
@DumpsterDoofus我沒有誤解。我說“壓力解釋懸浮”的說法是錯誤的。氣球升起是因為它“更輕”而不是存在壓力梯度。我不明白，為什麼當您站著不動時，唯一真正的解釋“打火機”在沒有壓力的情況下會單獨起作用，為什麼在汽車加速時需要“壓力”方面。我認為流體/固體力學書不會向我解釋這一點，特別是您有答案說，汽車中的作用是絕對相同的。
@Val,氣球上升是因為較高的壓力小於較低高度的壓力（當然，產生的浮力小於其重量）。考慮您處於一個失重的環境（消除了大氣壓梯度）。在這種情況下，氣球根本不會升起。
@Val:如果您說“壓力解釋了懸浮”是錯誤的，那麼您確實有誤解。在閉合區域中經歷恆定加速度的均勻可壓縮流體的穩態解是在加速度的相反方向上具有恆定壓力梯度的氣體配置。因此，在球囊表面上的積分$ \ int _ {\ partial \ Omega} p \ mathbf {I} \ cdot \ mathbf {n} dS $在壓力梯度的相反方向上產生力，並且是浮力的起點力。因此，我的答案和普拉納夫的答案是等效的。
無需承受壓力。它不會上升只是因為它在那個方向上並不輕。也就是說，壓力並不能解釋任何事情。體重說明一切。如果您想解釋為什麼文件打得更輕，則最好在位移方面進行爭論，http：//physics.stackexchange.com/a/86795/16114。否則，石頭會飛。
這是@Val,的另一種解釋嘗試：您如何定義“上”？我可以說“上升”是我遇到固定流體壓力下降所必須走的方向。
@PranavHosangadi兒童和未受過教育的物理學家會感到重力而不是壓力（梯度）。顯然，較重的物體會快速下降，緩慢地變輕，並且非常輕，比空氣更輕。輕氣的東西反重力。即使對於孩子來說，這也是完全顯而易見的，而這正是垃圾箱在答案中的表現。您的壓力看不見，這意味著石頭會飛。只是說，越重越重，越輕越重。
我還研究了“重力分離”，它僅表示重量：較重/較輕。重力分離從來沒有用壓力來解釋。我想這是因為用壓力來解釋是困難，糟糕和不完整的。
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@Val壓力梯度會在所有物體上施加向上的力。氦僅從重力中吸收較小的力，因此向上的力更強。這是因為輕氦與壓力梯度結合在一起會產生淨向上力。關鍵是*向上的力並不意味著懸浮*
水將油推到上層是因為油更輕，而不是因為有壓力。範圍的概念已經包括所有壓力數據。壓力不包括重量。您不需要壓力來解釋為什麼輕物會懸浮。重力分離從來沒有用壓力來解釋。
由於壓力，@Val:水會將油滴向上推。這個事實與它們的密度密切相關。重力分離可以用壓力來解釋。
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請不要在主站點上進行長時間的評論討論。隨時通過在[聊天]中創建一個房間來繼續進行此操作。
@DumpsterDoofus由於壓力，空氣和水將石頭向上推。但是，這不能解釋為什麼它們會跌落。因此，重力分離是用重量而不是壓力來解釋的。
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“ -1”假設觀察者正站在人行道上，看著車內的氣球向與汽車配件相同的方向加速。 。對於這個觀察者來說，引力沒有改變。所以氣球不應該向前加速。但是確實如此。
這是一個非常有趣的討論，使我意識到我實際上並不了解由位移引起的浮動力是如何工作的。我完全不相信這是由於支撐介質中的壓力梯度引起的。在地面上，壓力梯度必須很小。
Pranav Hosangadi
2013-11-16 20:28:35 UTC
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當汽車向前加速時，內部空氣相對於汽車向後移動。

由於氦比空氣輕，因此它會從高壓區域移開。

裝有$ CO_2 $的類似氣球會向後移動，因為它比周圍的空氣重

看來我需要讓幾個不同的氣球充滿不同密度的氣體，才能向後座的萌芽科學家充分說明這一點。
當然，如果氣球中充滿的氣體比空氣重，它將不會漂浮，因此不會像氦氣球一樣有漫遊的空間。但是您可以將其從屋頂懸掛下來。
我更喜歡您的答案-就像您要向祖母解釋一樣，就像老愛因斯坦所說:-)
@Heliac這個答案說石頭應該飛，因為高處的壓力較低。因此，壓力方面是不完整的答案。其他答案更好，因為他們只是說，較重的東西會引力變強，而將較輕的東西引向反重力。愛因斯坦是位盲目主義者，永遠不能說我們應該施加壓力，因為它對於外行來說是無法理解的，也無法解釋任何事情。您的孩子將了解，較輕的物體下降得更慢，非常輕的物體會飛起來。但是，他們不會理解壓力，也永遠不會在重力分離解釋中使用它。
@Val, _較輕的東西下降較慢_？那是不對的。
我的孩子們認為輕的東西不會變慢。僅作記錄。
普拉納夫，請保持友好。
大聲笑，@Manishearth,我看到您已經確保做到這一點。我將來會：P
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@Val如果我扔掉一百萬根羽毛，它會比錘子重，但下降得慢得多。因此，較重的東西比輕的東西掉落慢！
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@PranavHosangadi當然，較重的球會首先接觸地面。充滿真空或Heilum的同一個球根本不會接觸地面。
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不可能相信您不僅僅因為原子球而升起氦氣，而原子球正是亞里斯多德的邏輯起作用的地方。地球上的所有兒童都遵守亞里士多德的自然法則。您必須知道伽利略只適合在真空中使用，即在沒有氦氣飛行的月亮上。我不知道“真正的自然法則”如何使人們盲目否認自然界的明顯法則，而在討論空氣的升力時卻在真空中進行保險。
@Val,您認為國際空間站中的氦氣球升起了嗎？不，不是，因為在微重力中不存在浮力作用。請查看NASA的[此演示文稿]（http://www.nasa.gov/pdf/501343main_Microgravity_Science.pdf），並從第5頁開始閱讀。氣球在地球上升起的原因是由於重力引起的大氣壓力梯度。繼續...
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@Val,和其他所有人：請保持友好。不能容忍人身攻擊，並會導致您被停職。我現在已將消息編輯掉。
就這裡的討論而言，最好是在[chat]中進行討論。另外，在我看來，這源於對“較重”的含義的分歧。有些人在測量重量時會考慮到浮力和阻力。
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Mike Dunlavey
2013-11-18 21:21:02 UTC
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有趣的問題。這是我的“我也這樣”的答案。

假設汽車剛從河裡冒出來，所以里面有很多水，氣球被綁在地板上了。

然後您開車離開。

enter image description here

車內的空氣就像一堆水：）

這很直觀
我只是覺得該圖令人困惑。汽車向哪個方向行駛，汽車的前排在哪裡？那是一個氣球浸沒在水下嗎？為什麼？
@wim:它在向左加速。是的，氣球系在地板上。氣球尋找表面，以使“上方”的水最少。
為了增加重量對比，將@wim氣球浸入水下。 Heilum抬起頭是因為空氣更輕。它甚至比水還輕。因此，水中的提升力要大得多。其次，藍色的水邊緣還向您顯示加速的方向。因此，該圖對於前者是直觀的。
JFA
2013-11-17 01:26:46 UTC
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它的作用就像杯子裡的水。或者，更具體地說，就像杯子中的空氣。由於氦氣的密度比汽車中的氮氣和其他氣體低得多，因此可以像瓶子中的氣泡一樣看到氦氣。氦氣容器（氣球）的質量可以忽略不計。

前進時，瓶子中的水會向後移動，就像您期望的那樣。就像氦氣球一樣，氣泡似乎會向前移動以填充水留下的空隙。

其他力量也可能發揮作用。天花板上的橡膠有摩擦。另外，加速時，汽車的重心會在軸距上向後移動。汽車的前部舉起，汽車的尾部下沉。當您停下時，情況正好相反，當您左轉時，您的車會向右傾斜，如您所知。這可以使天花板傾斜，從而允許氣球響應於傾斜的天花板而移動。這也可能有效果。

我最喜歡您的回答。似乎有人在猜測答案，說汽車的運動就像是“重力”。這就像說飛機在飛翔，是因為螺旋槳切斷了飛機前方的空氣。這些答案中沒有任何公式。但我敢打賭，您可以寫一篇有關質量，加速度和能量守恆的文章。或牛頓運動的身體定律傾向於保持運動，靜止的身體傾向於保持靜止。
想想一下，如果在汽車中安裝了一個槓桿，使側面向前或向後移動，而不是上下移動。像側身蹺蹺板一樣。想像一下，一側很重，另一側很輕。當向前加速時，較重的一側將嘗試保持靜止，因此相對於汽車向後移動。就像杯子裡的水一樣。然後，槓桿的較輕的一側將不得不相對於汽車向前移動。轎廂中的空氣由於慣性而向後移動，而慣性由於空氣的排擠迫使氣球向前移動。
從技術上講，有很多支持的答案是正確的。但是，此答案使其更容易理解。
Deiknymi
2013-11-16 22:30:27 UTC
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我不善於解釋事物，但是在這裡

嘗試以這種方式理解它enter image description here

假設矩形是您的車，現在虛線區域是

所以，當您加速汽車中的所有物體時，它都會嘗試相對於汽車向後移動，甚至是氦氣球，那麼為什麼氣球會向前移動，

您可能知道氦比空氣密度低，因此它比空氣輕，所以當加速時，空氣開始向後移動，但隨著氦氣變輕，它被收集在其上的空氣推向前方當您裝滿水桶時，由於沒有比水更稠密的球，它的底部又開始回升。

gksingh
2013-11-21 19:11:23 UTC
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考慮加速汽車中氦氣球的最簡單方法是引用愛因斯坦的等效原理：恆定加速度在各個方面都與重力相同。為了使事情盡可能簡單，我們將忽略重力的實際作用力（即將汽車拉向地球的力），而只是考慮汽車的向前加速度。根據等效原理，這種加速度的作用與指向汽車後部的重力完全相同。但是每個人都知道浸沒在空氣中的氦氣球在重力的作用下會做什麼：它會上升，即沿與重力相反的方向移動。

因此，當汽車加速時，氣球會移動前鋒。順便提一句，該原理還解釋了為什麼當汽車加速時，乘客會向後抽動：因為與氣球不同，乘客朝著與重力相同的方向下落。

在回答這個問題時，我假設您接受氦氣球在地球重力的作用下升起。因為氦氣的密度小於空氣，所以氦氣的浮力會將其逆著重力推向天空

“ -1”假設觀察者站在人行道上，看著車內的氣球向與汽車配件相同的方向加速。 。對於這個觀察者來說，引力沒有改變。只是壓力差導致氣球前進。由於轎廂的運動引入壓差。
我確切的第一個想法。
Kaz
2013-11-17 01:00:09 UTC
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在加速的參照系中，加速度被視為重力。例如，在加速火車中，您沿運動方向以一定角度站立。感覺就像您在斜坡上，而您事實上。

充滿氦氣的球只是朝著重力的方向移動：相同當您不在加速幀中時所做的事情。這樣做是出於相同的原因：由於比空氣輕，所以產生了浮力。

在加速火車中放開氣球時，氣球不會直接向前移動，而是以一定角度向前或向上移動。如果沒有支撐力就可以保持平衡。如果在此位置站立時將氣球保持在一根繩子上，則該繩子將指向與您的身體平行的相同方向，並且如果放開氣球，它將沿該方向移動。那是與“向上”相對應的方向，這是由於重力（垂直於地板向下作用於您）和虛構的力（由於加速度使您向後拉）的矢量組合而傾斜的。

因此，總而言之：

  1. 氣球由於浮力而“上升”。
  2. 確定“向上”上升的方向是矢量組合引力和模擬加速度產生的虛擬加速度。
    3. ol>
Grady Player
2013-11-17 01:45:42 UTC
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我自己也想知道...

然後它擊中了我，比喻成我的腦袋在表面上滾動的球是錯的……氣球不是漂浮在空中的東西，它是一個不如所取代的空氣重的物體。

因此，當您摔斷時，所有事物都會嘗試向前移動，但是由於空氣具有更大的慣性，所以製勝了，氣球被迫向後退。

本質上與通常是在氣球的情況下發生，只有將向量的側面轉了。通常所有的空氣，氣球和氦氣都被拉到了大地，但是由於空氣密度更大，所以拉得更多。氦。

您是否會詳細說明“ _所以當您摔斷時，所有事物都試圖向前移動，但由於空氣具有更大的慣性，所以勝利了，氣球被迫向後退。_”
他的意思是...踩剎車，使汽車減速。


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