氣門芯與高壓氣筒的奧秘

安徽省靈璧縣黃灣中學 華興恒

許多交通工具都離不開輪胎，如汽車、摩托車、電動車、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。充氣時常常需要使用高壓氣筒，以達到既能省力、又能快速充氣的目的。那么，氣門芯這個不起眼的小物件，究竟有什么秘密呢？高壓氣筒為什么能省力呢？下面我們就一起來探究其中的奧秘，揭開它們神秘的面紗。

一、氣門芯的奧秘

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

原來，氣門芯的設計是非常巧妙的，它的主體是一段上端稍粗且中空、下端稍細且實心的柱體，在其下端的側面開有一個小孔，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橡膠管，這樣就構成了氣門芯的總體。其實，氣門芯就是一個單向閥門。當我們給自行車胎打氣時，氣筒中的壓縮空氣大部分進入氣門芯，從而把富有彈性的橡膠管“頂”起來，使得這部分空氣可以順利地進入車胎之中；當停止打氣時，彈性橡膠管又會立即收縮，緊緊地蓋壓住氣門芯側面的小孔，從而保證車胎內的空氣不能通過氣門芯回流。這樣，只要我們不停地向車胎內打氣，車胎內的空氣就會越來越多，從而使得氣壓越來越大，以滿足我們騎行的需要。

不過，需要請大家注意的是，車胎內的氣壓是有一定要求的，既不能太小，這樣騎行會很費力，也不能太大，這樣容易引發爆胎。

二、高壓氣筒為什么會省力

仔細觀察大家就會發現，高壓氣筒在結構上只是比普通氣筒多了一個儲氣罐。由此看來，它之所以能夠省力，肯定與該儲氣罐密切相關。事實也確實如此，但究其根本原因，是因為套在氣門芯上的橡膠管的勁度系數隨形變的增大而減小。

在使用普通氣筒打氣時，每次壓進車胎的空氣都必須使橡膠管從無形變時鼓起，因此都要用很大的力。但在使用高壓氣筒打氣時，在每次氣筒吸氣的同時，因儲氣罐里還貯有一部分空氣，因此它可以持續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，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，我們可以取兩個相同的氣球，一個充氣多一些，一個充氣少一些，再用塑料管把它們口對口地對接起來，并將接口扎緊，結果我們就會發現，大的氣球會變得更大，而小的氣球則會進一步變小。當我們給氣球吹氣時，同樣也會感覺到，開始吹氣時很費力，但隨著氣球被吹大，則越吹越省力。據此，大家就不難理解高壓氣筒為什么會省力了。