У нас, возможно, был такой опыт: в жаркий летний вечер, когда мы собирались ехать домой на велосипеде после школы, мы обнаруживали, что шина велосипеда лопнула из-за воздействия солнца. Хотя это и незначительное событие, оно может испортить наше настроение на весь день. Почему шина велосипеда лопается?
Любой объект подвержен тепловому расширению и сжатию. Например, когда мы кипятим воду в чайнике, вода в чайнике не должна быть слишком полной, иначе вода при нагревании вытечет из-за увеличения объёма. Если внимательно наблюдать, мы увидим, что вода при нагревании не стоит на месте. Вода на дне чайника при нагревании расширяется и становится менее плотной, чем вода сверху, поэтому поднимается вверх. А в жаркий летний день, когда мы наслаждаемся мороженым, мы замечаем, что вокруг мороженого течет "холодный воздух" вниз. Это происходит потому, что воздух, прилегающий к мороженому, охлаждается, уменьшается в объёме и становится тяжелее окружающего воздуха, поэтому опускается вниз.
Летом не только воздух очень горячий, но и земля нагревается солнцем. Под воздействием солнца шина велосипеда нагревается, и воздух в шине расширяется, постоянно сжимая шину. Если воздух в шине слишком сильно накачан или в шине есть слабое место, он может раздуть шину. Опытные люди говорят нам, что, чтобы избежать лопнувшей шины велосипеда летом, не следует слишком сильно накачивать шину. Если шина слишком сильно накачана, следует выпустить немного воздуха, оставив запас для расширения газа. Это касается не только велосипедов, но и автомобильных шин, поэтому необходимо хорошо ухаживать за шинами летом.
Суть теплового расширения и сжатия газа заключается в том, что микроскопические молекулы газа постоянно совершают тепловое движение. Чем выше температура газа, тем интенсивнее тепловое движение, и сила связи между молекулами газа относительно ослабевает, что приводит к увеличению среднего расстояния между молекулами газа и, следовательно, увеличению макроскопического объёма. Для газа с фиксированным объёмом повышение температуры приводит к увеличению давления газа. Именно поэтому высокая температура может привести к лопнувшей шине.
Принцип теплового расширения и сжатия газа имеет множество хитроумных применений в жизни. Если мы случайно смяли теннисный мяч, можно поместить его в миску с горячей водой, и мяч скоро станет круглым. Это потому, что воздух внутри мяча при нагревании расширяется и раздувает мяч.