在大气的底部

在大气的底部

“我们生活在大气海洋的底部。”这一说最早出自托里拆利,他是想强调大气与水的区别。在海洋和其他的水体中,我们通常是在水的表面活动;就大气而言,我们的生活是在它的最低处也就是底部进行的。只有离开这个底部,漫游于气流之中,我们才能了解大气的各个层面。可要想在大气的表面遨游(如果可以说大气有表面的话),我们离这个目标还差得远哩。

正因为如此,我们必须牢记:我们头顶上的空气始终在压着我们,也压着地球表面上的所有物体。这个压力绝没有表面上看起来的那么小。还是说回托里拆利,他直接证明了需要760毫米高的水银柱或约10.5米高的水柱(水银的重量[12]是水的几倍,水的量就是水银的几倍,也就是13.6倍)的重量才能平衡掉正常的大气压。换句话说,1平方米上的气压约为10.5吨(也就是10.5立方米的水或0.76立方米的水银的重量);1平方厘米上的气压约为1000克。

有些从未思考过这类现象的读者可能要问了:难道我们身边的东西都从空气那儿承受着如此之大的压力吗?按上面的说法举些例子,一张桌子的桌面始终承受着1.5吨的压力,一张吃饭用的碟子要承受400千克的压力,躺着的人的身体要承受5吨左右的压力?这么大的压力,脆弱的物体和人体又怎能经受得住呢?为什么大大小小的盒子不会被空气压扁,屋顶在空气的压力下也安然无恙,可仅仅1米左右的积雪就时常能把屋顶压塌呀?

这些貌似不合理的情况其实很好解释。根据物理定律,空气和其他液体及气体一样,是以相同的力量从所有方向压迫着其中的物体的(前提是在距离空气表面相同的深度,或者简单点说,在距离空气底部相同的高度)。不论是椅子面还是窗玻璃,是屋顶还是墙壁,大气都不可能只从一个方向施加压力,而每个方向的压力都会抵消掉对向的压力。而且我们知道,空气是无孔不入的,它能在空洞的物体内部产生相当于外压的压力(比方说我们的体内以及动物的体内)。正是由于上述缘故,尽管我们身边的一切都浸没在大气里,却感受不到它那庞大的压力。

然而,只要消除空腔内的气压,哪怕只是减少一点儿,就跟“马德堡半球”的情况一样(或者保持内部气压不变,通过某种方式加大外部的气压),前面说到的平衡就被破坏了,且立刻会显现出后果。要是从密闭的薄壁盒子里抽出少许空气,令其中形成负压,外头的空气就会把它压扁。在使用喷雾器时,喷头从水平方向放出气流,使得内部的压力减少,液面便会在大气的压力下,沿着喷雾器内部的垂直管道上升。乘坐航空器的人飞到一定的高度就会觉得有些不舒服,这是因为他体内的压力没有变化,外头的压力却会变小:要是不制止气压的失衡,人体内的血液就会被压出血管,从鼻孔、耳孔乃至喉咙中喷涌而出(当然,这种情况也有别的原因)。