Почему мяч, вынесенный из комнаты на улице зимой, становится слабо надутым

Для газа, который находится в середине мяча, справедлив газовый закон Шарля. Для неизменной массы газа, при постоянном его объеме V = const, отношение давления газа P к безусловной температуре T остается постоянным: P/T = const. Так как температура на улицеT2 меньше, чем в помещение T1, то и давление газа снутри мяча на улице P2 должно быть наименьшем, чем в помещении P1. P1/T1 = P2/T2. T1 lt; T2, то P1 lt; P2.

Мяч, как емкость с объемом V

С точки зрения физика задачку можно сформулировать по другому. Эластичный герметично закупоренный сосуд емкостью V, снутри которого находится воздух под давлением P, перенесли из среды с температурой T1 в среду с температурой T2 (T2 lt;T1). Почему снизилось давление снутри сосуда (мяча)?

Будем считать материал мяча настолько прочным, что маленькие конфигурации давления не приводят к приметному изменению его размеров. Другими словами, объем мяча до выноса на улицу, и на улице один и тот же. Не изменилась и масса воздуха снутри мяча, так как воздух никто не закачивал, и не издавал.

Уравнение состояния газа

Уравнение состояния газа при неизменном объеме и массе образцового газа для различных значений температуры можно записать, используя закон Шарля P₁ / T₁ = P₂ / T₂,  где:

• Т₁ начальная температура,
• Т₂ конечная температура;
• P₁ изначальное давление;
• P2 конечное давление.
• P₂ = P₁* (T₂ / T₁)   

При Т₂ lt; T₁, множитель (T₂ / T₁) lt;1, и P₂ lt; P₁, то есть окончательное давление меньше начального. 

Физический смысл

Температура с точки зрения молекулярно-кинетической теории представляет собой меру средней кинетической энергии молекул вещества. При понижении температуры средняя кинетическая энергия молекул понижается, как следует они с меньшей скоростью налетают на оболочку мяча и менее очень по ней бьют при этих столкновениях.