2.1 可怖的大气压力
一说到气体,我们马上会想到包围地球的厚厚的空气层。这层空气叫作大气。空气、水和阳光,使得地球上有了生命,形成了生机勃勃的自然界,人类才能建起如今高度文明的社会。
大气对地球表面的物体有着不容忽视的压力,然而人们却毫无感觉,这是为什么?为了证实大气压力的存在,17世纪中期有一个著名的实验,这就是马德堡半球实验。
17世纪中叶,德国的科学界对大气是否有压力存在着分歧。有的认为有,有的则认为没有,争论不休。但由于双方都没有充分的证据,因此双方的争论还相当激烈。有位科学家叫奥托•冯•格里克,当时正担任着马德堡市的市长。他认为大气存在着压力,并决心要用实验来证实。起初,他将密封得很好的木桶中的空气抽走,结果木桶被大气压“炸”了。接着,他又用薄铜片做了一个球壳,也将其中的空气抽去,结果这个薄球壳被大气压扁了。
奥托·冯·格里克
1654年,格里克用铜作了两个空心半球,直径约为几十厘米。这两个半球非常坚固,而且当两个半球合在一起的时候,没有缝隙,外面的空气透不进去,里面的空气也漏不出来,精密极了。球内的空气没被抽出的时候,球内外部都有空气,压力平衡,这时的两个半球想合就合,想分就分,毫不费劲。但是当球内的空气被抽出去后,由于球只受外面大气压力的作用,要使两个半球分开却不那么容易了,要分开它们,其用力之巨大实在惊人。格里克为此在马德堡做了一个公开的实验。由于当时尚未发明抽气机,因此,他先在两个半球合拢的球内装满了水,然后再用注射器将球内的水吸干,这样球内便是真空了。为了将这两个半球分开,当时动用了16匹骏马,分成两边,每边四对,这样对拉才把两个半球分开。你看,为了分开这两个半球,不是费了“九牛二虎之力”,而是费了“十六匹马之力”!1654年,格里克又在勒根斯堡将这个实验在皇帝和廷臣面前进行表演,在场的人都非常惊异,不得不信服大气压力的存在。格里克实验所用的金属半球,人们把它称为马德堡半球,格里克所做的这个实验,就叫作马德堡实验。
根据计算的结果,大气的压力大约是1公斤每平方厘米。这就意味着,无论什么物体的表面,每平方厘米的面积上都要承受约l公斤的大气压力。如果房屋屋顶表面积是40平方米的话,大气作用在这个房顶上的压力竟达到400吨。在这么大的压力之下,房屋为什么没被压塌呢?这与马德堡半球合在一起没有抽去里面的空气是一个道理——房屋内外都有空气,房顶的上下都受到大气压力,因而互相平衡,房屋当然安然无恙。你想过吗?在大气中生活的人们,每个人的身上都要承受约十吨重的压力呢!因为,就算人体表面积为1平方米吧,大气每平方厘米的压力约是1公斤,那压在人身上的压力就有10吨重。我们平时就是在这么大的压力下生活的。由于我们体内也受到同样大的压力,所以感觉不到大气对我们的“重压”,我们习惯且必须生活在有大气压的环境中。如果人到了大气压力极低的环境里去,这时,体内的压力大大超过环境施给人的压力,将会发生组织破裂,造成人身死亡。所以人失去空气的压力,将无法生存。
可以想象到,穿一般的服装到月球上去探索、旅行,结果必是悲剧。因此,为了保证宇航员在月球上的正常生活,完成探险和考察的重任,需要给他们穿上一种特制的服装——宇航服,其内充有一个大气压,穿上这种衣服,宇航员就可以正常生活和工作了。
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大气压
大气对在它里面的物体产生的压强叫作大气压强,通常简称为大气压或气压。
1标准大气压=760毫米水银柱=1.013×105帕
大气压强的变化
大气压强的大小与海拔高度有关,海拔越高,空气越稀薄,大气压强就越小。测量结果表明:海平面附近的大气压强约等于1个标准大气压;海拔5~6千米处的大气压强只有0.5个标准大气压;海拔8千米处的大气压强只有约0.3个标准大气压。根据这一规律,无液气压计经重新标度后可直接显示海拔高度,此时称为高度计。例如,热气球上常用这种高度计来显示热气球上升的高度。