氣門芯與高壓氣筒的奧秘

安徽省靈璧縣黃灣中學(xué) 華興恒

許多交通工具都離不開(kāi)輪胎，如汽車、摩托車、電動(dòng)車、自行車等。這些交通工具的輪胎上都裝有氣門芯，以便順利、快速地充氣。充氣時(shí)常常需要使用高壓氣筒，以達(dá)到既能省力、又能快速充氣的目的。那么，氣門芯這個(gè)不起眼的小物件，究竟有什么秘密呢？高壓氣筒為什么能省力呢？下面我們就一起來(lái)探究其中的奧秘，揭開(kāi)它們神秘的面紗。

一、氣門芯的奧秘

騎過(guò)自行車的同學(xué)都知道，幾乎所有的自行車都毫無(wú)例外地在輪胎上裝有一個(gè)氣門芯，以確保在使用氣筒給自行車胎打氣時(shí)，車胎是只能進(jìn)氣不能出氣的，這是何故呢？

原來(lái)，氣門芯的設(shè)計(jì)是非常巧妙的，它的主體是一段上端稍粗且中空、下端稍細(xì)且實(shí)心的柱體，在其下端的側(cè)面開(kāi)有一個(gè)小孔，小孔與氣門芯中空部分相通。在柱體上面緊緊地套上一小段富有彈性的細(xì)橡膠管，這樣就構(gòu)成了氣門芯的總體。其實(shí)，氣門芯就是一個(gè)單向閥門。當(dāng)我們給自行車胎打氣時(shí)，氣筒中的壓縮空氣大部分進(jìn)入氣門芯，從而把富有彈性的橡膠管“頂”起來(lái)，使得這部分空氣可以順利地進(jìn)入車胎之中；當(dāng)停止打氣時(shí)，彈性橡膠管又會(huì)立即收縮，緊緊地蓋壓住氣門芯側(cè)面的小孔，從而保證車胎內(nèi)的空氣不能通過(guò)氣門芯回流。這樣，只要我們不停地向車胎內(nèi)打氣，車胎內(nèi)的空氣就會(huì)越來(lái)越多，從而使得氣壓越來(lái)越大，以滿足我們騎行的需要。

不過(guò)，需要請(qǐng)大家注意的是，車胎內(nèi)的氣壓是有一定要求的，既不能太小，這樣騎行會(huì)很費(fèi)力，也不能太大，這樣容易引發(fā)爆胎。

二、高壓氣筒為什么會(huì)省力

仔細(xì)觀察大家就會(huì)發(fā)現(xiàn)，高壓氣筒在結(jié)構(gòu)上只是比普通氣筒多了一個(gè)儲(chǔ)氣罐。由此看來(lái)，它之所以能夠省力，肯定與該儲(chǔ)氣罐密切相關(guān)。事實(shí)也確實(shí)如此，但究其根本原因，是因?yàn)樘自跉忾T芯上的橡膠管的勁度系數(shù)隨形變的增大而減小。

在使用普通氣筒打氣時(shí)，每次壓進(jìn)車胎的空氣都必須使橡膠管從無(wú)形變時(shí)鼓起，因此都要用很大的力。但在使用高壓氣筒打氣時(shí)，在每次氣筒吸氣的同時(shí)，因儲(chǔ)氣罐里還貯有一部分空氣，因此它可以持續(xù)不斷地向輪胎里輸入氣體，這樣就使得橡膠管始終處于形變狀態(tài)，所以每次打氣只要使用較小的力即可。

為了更為直觀地感受這一原理，我們可以取兩個(gè)相同的氣球，一個(gè)充氣多一些，一個(gè)充氣少一些，再用塑料管把它們口對(duì)口地對(duì)接起來(lái)，并將接口扎緊，結(jié)果我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，大的氣球會(huì)變得更大，而小的氣球則會(huì)進(jìn)一步變小。當(dāng)我們給氣球吹氣時(shí)，同樣也會(huì)感覺(jué)到，開(kāi)始吹氣時(shí)很費(fèi)力，但隨著氣球被吹大，則越吹越省力。據(jù)此，大家就不難理解高壓氣筒為什么會(huì)省力了。