□文/南京市玄武高級中學 張軍

人類生活在空氣里，就像魚生活在水中。我們的呼吸離不開氣壓，抽水機抽水離不開氣壓，飛機上天也離不開氣壓。今天，我們就用常見器材，來做做有關大氣壓的實驗。

證明大氣壓的存在

證明大氣壓存在的方法有很多。

最簡單的方法是找一個空飲料瓶，往里面加少許開水，晃動幾次后將水倒出去，同時迅速將瓶蓋擰緊。當飲料瓶溫度降下來，瓶子便慢慢變形了，就像有一只無形的手將它壓縮、扭曲。這只“手”就是大氣壓。開水產生的水蒸氣“擠”走了瓶內的“空氣原住民”，導致瓶內氣體主要是水蒸氣。溫度下降造成瓶內氣壓減小，水蒸氣液化為小水珠，導致瓶內氣壓進一步減??；瓶子外面的大氣壓毫不手軟，對瓶體實施了合圍、夾擊，導致飲料瓶被壓扁。同時我們也看到了，力可以使物體發(fā)生形變。

用吸盤掛鉤證明大氣壓的存在也很簡單。將兩個吸盤壓在一起，擠去中間的空氣，大氣壓就會讓它們緊緊相擁了。想直接向兩邊拉開它們，可要費點力氣了（圖1）。

圖1

我們在生活中經常使用吸盤裝置，比如吸盤掛鉤，可以掛個小毛巾、掛個啤酒扳手；比如浴室的防滑墊，底部遍布吸盤；比如吸盤球，往平整的物體表面一扔，就會“吸”上去，很是減壓；比如吸盤杯墊，可以讓杯子牢牢固定在水平或豎直的光滑物體表面（圖2）?，F在就來問大家一個問題：吸盤被大氣壓壓在豎直墻壁上，掛上重物后，吸盤為什么不掉下來？有人可能會錯答為“因為大氣壓”，這說明沒有掌握物體受力分析的方法?！安坏粝聛怼钡暮x是“在豎直方向保持靜止”，所以在豎直方向上應該“受力平衡”，向下的力是重物對吸盤的拉力和吸盤受到的重力，向上的力是墻壁施加的摩擦力！

圖2

如果有廣口瓶，同時也愿意損失一個雞蛋，我們還可以做一個“瓶口吞吐蛋”的實驗。煮熟的雞蛋去殼備用，將開水倒進廣口瓶，晃一晃再倒掉，趕走里面的空氣，然后將去了殼的雞蛋迅速放到瓶口。由于雞蛋的橫截面大于瓶口，所以雞蛋不會掉進瓶內。但隨著廣口瓶內氣壓減小，外界大氣壓對雞蛋下手了。雞蛋慢慢被壓入瓶中，腰圍明顯變小（圖3）。如果想讓雞蛋快速進入瓶內，可以在瓶子外面澆冷水。如果不想讓雞蛋掉進瓶子里拿不出來，可以見好就收，往瓶子外面澆熱水，瓶內膨脹的空氣就會把雞蛋重新托舉出來。雞蛋經歷了驚魂一刻，但是瘦身效果很明顯。做這個實驗的前提是廣口瓶要能經得住冷熱考驗，普通瓶子可能會破裂。

圖3

利用大氣壓，我們可以把吸管當成滴管使用。將吸管插入水中后，用手指堵住上面的管口，再把吸管從水中取出來，吸管里就會提起一段水柱，因為大氣壓的存在，水柱不會掉落。用堵住管口的手指小心地控制管口的透氣量，吸管里的水就會一滴一滴落下來（圖4）。想獲得更長的水柱，我們可以使用長玻璃管。理論表明，在標準大氣壓下，這個水柱的最大長度是10.33 米。

圖4

利用大氣壓，我們可以檢查塑料滴管的氣密性。用手指堵住捏扁的滴管口，若滴管不漏氣，則外界氣體無法進入滴管內，滴管乳頭就會保持變癟的狀態(tài)；相反，如果乳頭恢復原狀了，就說明滴管有地方漏氣。

利用大氣壓，我們還可以用飲料瓶做個澆花器。用錐子在飲料瓶瓶底扎若干個小洞，倒入水后，水在重力作用下會從瓶底流出。這時把蓋子擰緊，瓶內水面下降，導致水面上方空氣體積變大而氣壓減小，外界大氣壓就會把瓶底的小孔“捂住”，導致水流不出來。擰開蓋子，空氣進入瓶內，水又會流出來。這樣，流與不流就盡在掌握了（圖5）。當瓶里水流完，我們可以向飲料瓶內注水，也可以讓飲料瓶自己“吸水”——擰緊瓶蓋后，將瓶子捏扁，然后將瓶底浸入水中，松開手，飲料瓶在自身彈力作用下恢復原狀，導致瓶內空間體積變大而氣壓減小，外界大氣壓就會將水從瓶底小孔壓進瓶內，澆花器就變成了吸水器。

針筒里的空氣

我們常說，用針筒可以“吸”取液體，其實科學的說法是，外界氣壓將液體“壓”進針筒。當抽動活塞時，活塞與注射器孔間的空間體積變大，導致氣壓小于外界大氣壓，液體就被“壓”進針筒了。如果在針筒里吸入空氣，然后堵住注射孔，壓縮活塞，你會發(fā)現，空氣體積會減小，但是很快就壓不動了，這是因為空氣分子間存在相互作用的斥力（圖6）。如果針筒足夠結實，你的力氣又足夠大，壓縮可能導致針筒里的氣體呈現“液態(tài)”。壓縮到不能壓縮時，突然松開活塞，被壓縮的空氣表現出一定彈性，會將活塞推開（圖7）。這個過程中，針筒內空氣的內能減小，轉化為機械能。如果有精密的溫度計測量，我們會發(fā)現膨脹后的空氣溫度下降了。炮彈出膛也是這個原理，火藥燃燒產生的高溫、高壓氣體對彈頭做功，將內能轉化為彈頭的機械能。這個過程在瞬間完成，功率很大。柴油機、汽油機的做功沖程也是這個原理，油料燃燒產生的高溫、高壓氣體推動活塞，帶動連桿、曲軸轉動，將內能轉化來的機械能輸出。而壓縮氣體時，會導致空氣溫度升高，這時機械能轉化為內能。給自行車打氣時，氣筒壁溫度會升高，這就是因為壓縮體積做功使空氣溫度升高，空氣又將“熱”傳給了氣筒壁。

圖6

圖7

空氣被壓縮后也會變“硬”。將吸管一端剪尖，然后將尖部戳向梨子，很難扎得深；如果用大拇指將另一端堵住，再扎向梨子，則可以扎得較深。大拇指與果肉在吸管內制造了一段壓縮的空氣柱，使整體強度大大增加（圖8）。

圖8

將針筒的活塞推到底，讓注射孔朝上并堵住，向下拉活塞時會很費力，因為你必須克服外界的大氣壓力。橫截面積為4平方厘米的活塞，受到的大氣壓力約為40牛。也就是說，即使在活塞下面掛4千克的重物，活塞也會巋然不動。

在針筒里吸入一些熱水，堵住注射孔，迅速向外拉動活塞，你會看到針筒里的水沸騰了！這是因為，拉動活塞時，水面上方氣壓減小，導致了水的沸點降低，在不到100℃的情況下，水也會沸騰。

在高壓鍋發(fā)明之前，高山上的居民是吃不到水煮肉的，水沸騰后再怎么加熱，溫度也保持不變，沸點低，導致肉煮不熟。但是他們可以吃烤肉，將肉直接架到火上烤，或者將肉鋪在石頭上，再用火給石頭加熱。

流動的空氣更好玩

我們已經知道，當流體流動起來時，壓強會減小，這樣我們就有了更多的玩法。

一般的玩法大家都會，往兩張紙中間吹氣，兩張紙反而靠近了；往兩個懸掛的氣球中間吹氣，氣球反而靠近了；將紙折一下放在桌面上，像個小屋頂，往“屋頂”下面輕輕吹氣，“屋頂”居然坍塌，貼在了桌面上（圖9）。

圖9

下面，再教你幾種動感十足的玩法。

點燃蠟燭，通過吸管向火焰旁吹氣，火焰會彎向吸管（圖10）。將吸管彎頭處折成90°，在豎直的管口上方放一個乒乓球，同時從水平的管口向內吹氣。你猜怎么著？乒乓球會浮在管口上方，晃動、滾動、擺動，就是不掉下來。這是因為乒乓球下方的空氣流速變大，氣壓減小，上方和四周的大氣壓會將乒乓球“握在掌心”，牢牢掌控（圖11）。

圖10

圖11

我們知道，將一個乒乓球塞進漏斗口，用力從管口吸氣，大氣壓會把乒乓球壓在漏斗內而不掉落。但是，如果從管口向內吹氣呢？乒乓球也不會掉落，這同樣是因為乒乓球上面的空氣流速變大了，導致氣壓減小，乒乓球下方的氣壓會將乒乓球壓在漏斗內（圖12）。

圖12

剪兩截吸管，一截豎直插入水中，上面的吸管口離水面要近一些；另一截吸管水平放置，一端管口與豎直放置的吸管口垂直，從另一端向內吹氣。猜猜會發(fā)生什么現象？豎直的吸管口空氣流速變大，氣壓減小，水面的氣壓會迫使水沿著吸管爬到管口，橫向的氣流則將爬出管口的水吹散，形成水霧——我們做出了一個口吹噴霧器（圖13）。如果背對著太陽，角度合適的話，還會看到水霧中的彩虹。下次就可以一邊給花噴水，一邊練肺活量，一邊欣賞彩虹了。

圖13

讓一個紙筒從高處掉落，通常情況下，紙筒會沿直線向下運動。但是，如果讓紙筒一邊旋轉一邊下落呢？用寬一些的紙帶，將紙筒纏繞幾圈，拿到高處放手，紙筒便會一邊旋轉一邊下落了（圖14）。

圖14

如圖15，左側的空氣相對于紙筒的流速較大，因此氣壓較??；右側空氣相對于紙筒的流速較小，因此氣壓較大。這樣就產生了一個方向向左的氣壓差，紙筒在下落的同時，受到向左的大氣壓力，因此向左偏，軌跡呈現弧形。乒乓球的旋轉球和足球的“香蕉球”也是這個原理，調整施力的作用點和方向，讓球一邊旋轉一邊前進，軌跡呈現弧形，會給對手的防守造成困難。

圖15

利用這個原理，我們可以把一次性紙杯變成飛行器。將兩個紙杯的底部粘在一起，并用雙面膠和紙帶固定，做成飛行器主體。將幾根橡皮筋連成長條，做成彈性發(fā)射器。左手握住飛行器左端的紙杯，并用大拇指壓住橡皮筋的一端；右手捏住橡皮筋的另一端，拉長后往下、往前，在紙杯中部繞2～3圈，斜向前上方用力，將飛行器射出。旋轉飛行的紙杯因下方空氣壓力大，獲得了一個向上的升力，可以在空中飛行一段時間（圖16）。同學們可以進行比賽，看看哪個飛行器的滯空時間最長。也可以一個人發(fā)射，另一個人用手接住飛行器，變成兩人合作的游戲。

圖16