原來空氣這么有料

                          2021年07月01日
                          空氣不“空”
                          一個空瓶子,并不像我們看起來的那么“空”。體積1升的空氣中,大約有3×10²² 個分子,這大概相當于地球上所有沙粒的總和。當這些分子相互撞擊時,它們會向周圍施加壓力,就像瓶子里的水分子會對瓶壁施加壓力一樣,瓶中的空氣分子也會向瓶壁施加壓力,這就是大氣壓力。
                          盡管空氣比水輕很多,但這些分子也還是具有相當的重量。那為什么沒有感覺到被壓得喘不過氣來呢?
                          在巨大“壓力”下生活是什么感受
                          一個標準大氣壓強為1.013×10 帕,假設我們頭頂面積約0.1平方米,那我們每人受到約10000牛頓的力,相當于兩頭獅子的重力壓在頭頂。但是我們的口鼻可以呼吸,體內不是真空,體內也有大氣壓力向各個方向施加,所以我們不會被壓扁。
                          由于長期生活在這樣的大氣壓力下,我們已經適應了氣壓的存在,幾乎感受不到壓力。雖然嚴格來講,不同的時間有不同數量的空氣分子撞擊你,但由于數量實在太大,這種小小的差異無法體現出來。
                          如果空氣壓力不一致
                          假如局部的空氣壓力不一致會怎樣呢?在此我們只討論幾個已有的研究:
                          陰晴冷暖 / 心情好壞
                          大氣壓強不一致說明一個區域的空氣壓強大,而另一個區域的空氣壓強小,這會導致空氣從壓強高的區域流到壓強低的區域。我們最直接的感受就是刮風。
                          氣旋和反氣旋的形成
                          人們常說的秋高氣爽中的“高”也是指秋天的氣壓,相對于其他季節而言,更高一些。那為什么秋天會覺得“氣爽”呢?
                          呼吸時胸部的運動
                          氣壓變化不僅僅影響天氣的好壞,更是我們賴以生存的條件。我們通過胸肌的擴張與收縮,控制肺部的氣壓。當胸肌擴張時,肺里的空氣壓降低,讓富含氧氣的空氣進入;當胸肌收縮時,肺部壓強增大,體內的空氣呼出。在高氣壓控制的秋天,空氣中的含氧量更加充足,人們可以降低呼吸的頻率,因此會覺得更舒服。反之,在低氣壓控制的下雨天,人們會感到憋悶,就是因為空氣中的含氧量低,呼吸頻率需要增加。在高原地區,空氣含氧量低,人們會出現高原反應也是因類似的原因。
                          御風而行
                          空氣的壓力變化與流速有關,這就是大名鼎鼎的伯努利原理:在水流或氣流里,流速大的地方壓強小;流速小的地方壓強大。因此,科學家們通過控制流速掌握了飛行的秘密。
                          飛行的秘密
                          科學家們在風洞實驗室以人工的方式產生并控制氣流,用來模擬飛行器周圍氣體的流動情況,并量度氣流對實體的作用效果。此外,近年全球流行的室內跳傘,也是利用這一原理——在不使用飛行傘、滑翔翼等飛行器的狀態下,借由垂直產生的氣流,就可以在空氣中飄浮飛行。
                              空氣環繞著我們,它的質量、密度、壓強等屬性經過科學家們前仆后繼的研究,而逐漸被人類熟知。現在,我們知道空氣能傳播聲音;能幫助我們抵御來自宇宙的電磁輻射;還能幫助地球維持地表溫度穩定……但是空氣還有許多特點不完全為人類了解。
                          研究空氣的特性對我們的生活和國家安全有著重要的意義。例如空氣動力學研究將會促進我們研發空天飛機、超音速飛行器、超音速導彈等;而大氣物理學的研究能幫助我們防災減災、指導生產生活。目前我們對空氣的研究還遠遠不夠,相信在將來,隨著我們對空氣的深入研究,未來的生活將更加便利!
                          來源:知識就是力量公眾號
                          六月婷婷七月丁香