Как удержать газ?
Самый простой на первый взгляд опыт - это надуть воздушный шарик самым обычным воздухом. Стоит принять во внимание то обстоятельство, что шарик изготовлен из тонкой резины, но чтобы придать ему должный объем, воздух в нем должен находиться под давлением, превосходящим усилие растяжения резины.
Понятно, что чем толще и прочнее будет слой резины, тем большее давление потребуется. Камера автомобильного колеса принимает привычную форму и необходимую упругость только при избыточном давлении не менее одного Бар или технической атмосферы.
Разумеется, избыточное давление в воздушном шарике значительно ниже. Но в любом случае оно есть. Таким образом, создается предпосылка для утечки воздуха через малейшие неплотности.
Самое уязвимое место в данной системе - это канал, через который шарик надувается. Резина там толще, таким образом, при завязывании шарика образуются микро каналы, превышающие размер молекулы газа, содержащегося в шаре.
Учитывая повышенное давление внутри, вполне понятен механизм утечки воздуха из шарика. Непрерывно сдавливаемый объем воздуха стремится выйти наружу сквозь микроскопические отверстия.
Существуют и иные причины того, что шарик сдувается. Тонкая резина достаточно часто имеет микроскопические поры, сквозь которые воздух также покидает оболочку.
Понятно, что к ускоренному выходу воздуха может привести значительное повышение давления. Для этого вполне достаточно оставить шар на солнце. Солнечные лучи очень быстро поднимут температуру содержащегося в шарике воздуха, и тем самым повысят давление в нем. Естественно, воздух станет покидать оболочку значительно быстрее.
Шарик с гелием
Практически та же ситуация складывается, если шар наполнить гелием. Гелий значительно легче воздуха - и за счет этой разницы обеспечивается подъемная сила. То есть, если шарик, наполненный гелием, отпустить - он достаточно быстро улетит вверх.
Но самое странное, что рано или поздно шарик вернется! И виной тому будет потеря подъемной силы. Причин для ее уменьшения несколько, а самая очевидная - это осадки. Капли водяного пара, оседающие на поверхность шарика, наполненного гелием, в какой-то момент превысят показатели подъемной силы - и шар устремится к земле. Но это еще не все, обсохнув, шарик вновь начнет подниматься.
Солнечные лучи, согревающие его поверхность, испарят влагу, но одновременно и повысят давление газа и, тем самым, ускорят его утечку по той же схеме, что и с воздухом. Даже быстрее, поскольку размер молекулы гелия значительно меньше пор резиновой оболочки.