Potremmo avere questa esperienza: in una calda serata estiva, dopo la scuola, quando ci prepariamo a tornare a casa in bicicletta, scopriamo che la gomma della bicicletta si è sgonfiata a causa dell'esposizione al sole. Anche se si tratta di una cosa di poco conto, può rovinare la nostra buona giornata. Perché la gomma della bicicletta si sgonfia?
Qualsiasi oggetto ha la proprietà di espandersi e contrarsi a causa del calore. Ad esempio, quando bolliamo l'acqua in una teiera, l'acqua nella teiera non deve essere troppo piena, altrimenti l'acqua si espanderà a causa del calore e traboccherà. Osservando attentamente, scopriremo che l'acqua non è statica durante la bollitura. L'acqua sul fondo della teiera si espande a causa del calore e diventa meno densa dell'acqua sopra, quindi sale verso l'alto. Analogamente, nelle giornate estive, mentre gustiamo un gelato ghiacciato, notiamo che intorno al gelato scende una "corrente d'aria fredda". Questo perché l'aria che tocca il gelato si raffredda, si contrae e diventa più pesante dell'aria circostante, quindi scende verso il basso.
In estate, non solo l'aria è molto calda, ma anche il suolo è riscaldato dal sole. Sotto l'esposizione al sole, l'aria all'interno della gomma della bicicletta si espande e comprime continuamente la gomma. Se la gomma è troppo gonfia o ha punti deboli, potrebbe scoppiare. Le persone esperte ci dicono che, per evitare che la gomma della bicicletta si sgonfi in estate, non dovremmo gonfiarla troppo e, se è troppo gonfia, dovremmo sgonfiarla un po' per lasciare un margine di espansione del gas. Non solo la bicicletta, ma anche i pneumatici delle automobili hanno lo stesso problema, quindi è importante fare una buona manutenzione degli pneumatici in estate.
La natura dell'espansione e della contrazione del gas a causa del calore risiede nel movimento termico dei gas a livello microscopico. Quanto più alta è la temperatura, tanto più violento è il movimento termico e tanto più debole è la forza di legame tra le molecole di gas, con una conseguente maggiore distanza media tra le molecole e un aumento del volume macroscopico. Per il gas all'interno di un volume fisso, l'aumento della temperatura provoca un aumento della pressione del gas. È proprio per questo motivo che temperature troppo elevate possono causare lo scoppio della gomma.
Il principio dell'espansione e della contrazione del gas ha molte applicazioni intelligenti nella vita quotidiana. Se per sbaglio schiacciamo una pallina da ping pong, possiamo metterla in un bicchiere di acqua calda e la pallina diventerà presto rotonda. Questo perché l'aria all'interno della pallina si espande a causa del calore e la fa diventare rotonda.