大气压是由气体产生的压力,产生的原理与液压相同。大气压与液压之间唯一的差异就是气体没有液体密集,因此对人和物体造成的压力更小。例如,地球的大气层延伸到地面上方大约45~50千米。在1平方米面积上的压力大约为气压计是什么?气压计是用来测量大气压的设备。
主要有两种类型的气压计,水银气压计和空盒气压计。伽利略的秘书埃万格利斯塔·托里拆利(Evangelista Torricelli)于1643年发明了水银气压计。它由一根大约80毫米长的细长玻璃管构成,玻璃管顶端封闭,装满液态水银,被颠倒着放入一个装满水银的盘子里。依靠大气压来推动盘子中的水银,玻璃管中的水银的水平面会上升或者下降,因为管中没有空气。通过测量管中水银的高度(通常是在737~775毫米之间),能够测量到相关的大气压。10万牛顿。
然而,如果我们讨论的是水而不是空气,那每平方米上的压力就会大得多了。如果大气压是10万牛顿/米2,我们为什么没有被压碎?根据牛顿第三定律,我们对空气施加相等的压力。因为我们的身体内部也有空气,并且身体内部的空气与身体外部的空气具有相同的大气压。因此,压力相等,所以我们能在空气中非常自由地运动。这样的说法对水和潜水员是不适合的。
在深水中的潜水员能感受到10万牛顿/米2的压力,因为潜水员身体内部的空气与身体外边的水不在相同的压力下。对于潜水员来说,缓解水压的唯一方式就是吞咽高压的水。但这并不是一个好方法。还有第二个不用吞咽水就能平衡压力的方法。在极深的深度,如果有充足的时间,空气能被加压到与水具有相同的压力。
在这样高压空间里的潜水员就能进入上述的深度而不会被压碎。这样的一个虚构的例子在《深渊》这部电影里有所体现。电影中的潜水舱有一个通到大海中的孔,因此气压必须与水压相等,否则水将灌满潜水舱。然后潜水员能直接跳到水中并四处游动。什么是空盒气压计?空盒气压计是更普通的气压计,在空盒气压计中,大气压使低压气泡有弹性的顶端弯曲;通过测量弯曲的数量,就能确定大气压的值。
空盒气压计通常被用在飞机的测高仪上来测量飞机的高度。因为当高度增加时大气压减小,空盒气压计是一个完美的仪器。它比水银气压计更安全,因为水银是有毒的;水银气压计需要在不封闭的盘子中放置水银,这使水银很容易洒落。一个气球被没入水下时会发生什么情况?当一个充满气的气球被放到水下时,水(比空气具有更大的压力)在气球的四周产生压力。
来自水的压力会将气球里的空气向气球内部挤压。气球被放到水中越深,压力就越大,因此,气球就会变得越小。来自水的压力会一直挤压气球直到气球里的气压与来自水的压力相同。在寒冷的天气里,密封的容器为什么有时会凹进去甚至塌陷?正像气球放到水下会变小一样,密封的容器在一定的大气压条件下也会变形甚至塌陷。例如,一个为剪草机储存汽油的容器在不使用的时候通常是密封的。
假设这个容器是在温暖的日子里被密封的,当时大气压比较低,而在之后寒冷高压的日子里,这个汽油容器将会出现褶皱。因为容器内部温暖的空气有比较低的大气压,而容器外边的冷空气会对容器产生一个更大的压力,这个汽油容器将会被压得塌陷一点儿。在这种情况下,如果有人打开这个容器,高压空气为了使容器里外的压力达到平衡就会冲进容器,这时,就发出“嗖嗖”声。为什么有些项目的运动员要去高海拔的地方训练?跑步运动员总是跋涉到海拔更高的科罗拉多山脉去训练,因为高海拔地区大气压低。
这里的空气比低海拔的地方稀薄,肺必须更努力地工作才能为身体提供足够数量的氧气。许多运动员觉得在这样的条件下训练可使身体习惯少氧的环境。因此,当在低海拔的地方参加比赛时,他们就能取得非常好的成绩,因为他们的身体已经习惯了尽力获得大量的氧气。