Jag kan tänka på åtminstone fyra saker som pågår i detta experiment som måste påpekas:

1. När du blåser upp en ballong genom munnen är luften varm: detta gör luften inuti uppblåst ballong något lättare än luften som den förskjutit
2. Luften inuti ballongen har 100% relativ luftfuktighet vid 37 ° C, och kondens bildas snabbt på ballongens insida när luften inuti svalnar. >
3. Luften inuti ballongen innehåller koldioxid, som har högre densitet än rumsluft (molekylvikt 12 + 16 + 16 = 44 amu, mot syre vid 32 amu och kväve vid 28 amu - ignorerar små isotopiska effekter, och ignorerar argon).
4. Trycket inuti ballongen är större än utanför - detta ökar densiteten

Så hur stora är var och en av dessa effekter?

Sammanfattande i en tabell:

  faktoreffekt i rummet Ttemperatur -5,5% 0,0% fukt -2,0% 2,9% CO2 1,9% 1,9 % tryck 2,9% 2,9% netto -2,7% 7,7%  

En nyuppblåst ballong har alltså bara en något lägre densitet än den luft den förskjutit, eftersom temperaturen + fukteffekten är större än de andra två. När du har väntat en liten stund kommer temperaturen att utjämnas och luftens densitet inuti ballongen blir större - med 7,7%, med mer än hälften av detta inte orsakat av trycket i ballongen. ..

Sammanfattningsvis: experimentet som beskrivs i din länk mäter skillnaden i densitet mellan luft i en ballong och omgivande luft. Eftersom densiteten hos luften inuti ballongen är högre än densiteten utanför ballongen, kan man dra slutsatsen att luften inuti ballongen har begränsad densitet. Man får INTE dra slutsatsen att mediet utanför ballongen (som vi tror är "torr luft") har någon densitet alls - eftersom ingenting i denna mätning berättar om luften utanför ballongen.

Om du gjorde experimentet försiktigt med en ballong som ursprungligen fylldes med varm luft och du lät luften svalna, kanske du kunde säga att balansen skiftar - med andra ord att det måste ske en förändring i flytkraften som ballongen upplever när det svalnar. DET skulle vara ett experiment för att visa "luft har massa" (ballongvolymen minskar och den upplever mindre flytkraft). Från experimentet som beskrivits (poppar ballongen) lär vi oss att " utandad luft har massa". Det är inte samma sak.

Om du använde en luftpump (ballongpump) för att blåsa upp ballongen skulle de tre första komponenterna försvinna och du är kvar med skillnaden på grund av endast trycket - 2,9% av luftens massa i ballongen.

Det är ett perfekt bra sätt att visa att luftens densitet ökar med trycket, och därför måste luften ha en massa.

När vågen lutar ner på sidan av den obrända ballongen volymen i ballongen har en högre massa än samma luftvolym vid atmosfärstryck. Detta betyder att densiteten måste vara större. vi känner inte trycket inuti ballongen, även om vi vet att det måste vara högre än atmosfärstrycket eftersom ballongens elastiska hud utövar en kraft på luften inuti den.

John Rennies svar påpekar korrekt att den korrekta resonemangskedjan här är lite komplex:

• På ena sidan av balansen har vi en luftkolonn som går upp i rymden, en ballong och lite tryckluft och har förskjutit en mängd av luftkolonnen som är lika med volymen på tryckluften.

• På andra sidan har vi en liknande luftkolonn och en balong.

• Den första sidan doppar, och så har mer massa.

• Därför är luft komprimerbar till en form som har större densitet än luftens massa.

• Därför har luft massa.

Denna komplexa resonemangskedja kommer sannolikt att gå vilse för alla utom de ljusaste studenterna. Och en student kunde lätt påpeka att en ballong innehållande en blandning av luft och helium kunde produceras för att få den andra sidan av balansen att doppa, men av detta skulle vi inte dra slutsatsen att luft-plus-helium är masslöst. / p>

Ett bättre experiment skulle vara att ha två identiska styva flaskor, evakuera luften från en och visa att den evakuerade flaskan har mindre massa, antingen genom att balansera dem mot varandra eller genom att mäta deras tröghet. Det har naturligtvis nackdelen att kräva specialutrustning.

Ett experiment som jag gillar som visar att luft har massa är som följer:

• Skaffa en heliumballong, en bowlingkula och en kombivagn.
• Sätt ballongen i framsätet och bowlingkulan i ryggen.
• Gå upp i fart och håll föremålen stilla i förhållande till bilen.
• Slå på bromsarna.

Bowlingkulan rullar framåt, vilket indikerar att den har massa. Den har tröghet , därför har den massa . Heliumballongen flyter bakåt. Vad får ballongen att gå bakåt? Lufttrycket måste ha ökat på framsidan av bilen och sjunkit bak när bromsarna sattes på. En del av luften från baksidan av bilen fortsatte framåt när bromsarna sattes på, därför har luften, liksom bowlingkulan, tröghet och därmed massa.

Även om experimentet du beskriver är legitimt, har det en komplexitet som kan göra det svårt att förstå ("Åh, mitt andetag har massa!").

Det enklaste sättet att göra detta är att placera en container (jag har sett en basketboll men ballonger fungerar också) på en skala eller en balans med vanliga vikter på andra sidan. Använd en cykelpump för att lägga luft till din container och se behållarens massa öka.
Det är svårt att argumentera för att pumpen importerar något annat än samma luft som omger din container, och effekten är tydlig. Detta fungerade bra för mig i min ungdom.

Ibland är det bra att förklara motivet för experimentell design för en student som testar "konkurrerande alternativa hypoteser."

Ett positivt resultat av detta experiment skulle vara starka bevis mot den alternativa hypotesen att luften som blåses in i ballongen har ingen massa.

Ett negativt resultat skulle dock inte bevisa att luften inte har någon massa. Ytterligare experiment skulle vara nödvändiga för att förstå varför det oväntade resultatet erhölls.

Bortsett från, kanske det bästa sättet att göra detta är att följa Lavoisiers experimentella tillvägagångssätt - och visa bevarande av massa. Väg en fast förening, värm den fasta substansen för att driva av en gas (fånga upp gasen) och mät sedan vikten för den fasta substansen och (mindre lätt) gasens vikt. Alltmer bättre experimentteknik bör visa kvantitativt bättre överensstämmelse med bevarande av massa.

Svaret på din fråga: "Men, om lufttrycket inuti ballongen är lika med det utanför, kommer den flytande kraften att ta bort luftens vikt inuti ballongen, eller hur?" är ja! Tyvärr är detta inte fallet för en uppblåst elastisk ballong. Trycket inuti ballongen ökas genom att ballongens elastiska tryck minskar volymen och därmed flytkraften.

Experimentet i den länk som ges är felaktigt genom att 1) ​​substansen inuti ballongen inte är samma som utanför och på grund av användningen av en elastisk ballong har den en högre densitet. 2) Uttalandet i experimentet att "Luft väger faktiskt 14,7 pund per kvadrattum vid havsnivå" är faktiskt trycket inte vikten.

De olika resultaten av experimentet beror på experimentella fel.

Luftmassan kan bestämmas mer exakt med ett experiment med en massberoende egenskap som tröghet (m = F / a).

Jag erbjuder följande i hopp om att klargöra trycket , temperatur, ämne, behållarfråga.

"Massan" av en icke-styv behållare och ämnet med vilken den fylls är större än behållaren ensam med "massan" av ämnet som ingår i det.

Eftersom mätbar "vikt" är beroende av saker som gravitationskraft och flytkraft är det svårt att experimentellt mäta viktskillnaderna.

Om den icke-styva behållaren är fylld med samma ämne som utanför behållaren och har samma temperatur och tryck, kommer vikten av den tomma och fyllda behållaren att vara densamma. Vikten av ämnet inuti behållaren kommer att avbrytas av flytkraften från ämnet utanför behållaren. Detta gäller både flytande och gasformiga ämnen så länge behållaren ensam har negativ flytkraft.

Om du känner dig ledd att försöka experimentellt "mäta" viktskillnaden, föreslår jag att du använder en digital köksvåg som kan mäta minst 0,1 uns och en hävarmsarrangemang för att öka känsligheten. Om du kan få en spakarm som är tillräckligt lätt kan du kanske mäta känsligheten på 0,01 uns. Du kommer att begränsas av skalans räckvidd och vikten på spakmekanismen och containern. Vid havsnivå och vid 15 ° C har luften en densitet på cirka 1,225 kg / m3 (0,001225 g / cm3, 0,0023769 slug / ft3, 0,0765 lbm / ft3) enligt ISA (International Standard Atmosphere). Detta betyder att en kubikfot luft väger mer än 8 uns, det ska vara lätt att mäta om den fångade luften ökar behållarens vikt.

Sätt en krok i slutet av hävarmen och häng en oöppnad soppåse på den. Om du använder taravägningsalternativet kan du direkt mäta eventuell viktförändring. När du har tagit bort väskans vikt och bindningsmekanismen tar du bort den från kroken och sätter in luften i den. Fäst öppningen långsamt för att se till att inget tryck har applicerats på luften inuti annat än trycket från vikten på hängväskan. Du bör inte se någon vikt på skalan som indikerar att det inte fanns någon viktökning genom att tillsätta luften. Tänk på att om du kan göra skalan tillräckligt känslig kan du se svängningar på grund av seismiska eller akustiska vibrationer.

Ett annat intressant experiment som visar påverkan av temperaturen och trycket på ballongen skulle vara att använda din vågarmmekanism för att mäta en andningsfylld stor "elastisk" festballong utomhus en mycket kall Minnesota-dag. Om din skala är tillräckligt känslig, bör du kunna se vikten öka när den heta kolmonoxid / luftblandningen i ballongen svalnar. Detta beror på den minskade flytkraften när ballongen krymper.