科學小實驗 第三節：Exploring Air Pressure

你好 我是Jason 來自ScienceAndMath com 今天我們將使用家中可以找到的材料來展示 你會了解空氣壓力究竟是什麼 以及它的強度有多大 而且你可以使用幾乎在幾分鐘內就能找到的材料來實現這一點 這個實驗你只需要一根汽水吸管 長度不限 兩個杯子 這 些可以是紙杯或塑膠杯 我建議先用塑膠杯 還需要一個桶 我們這裡的水 現在你也可以使用廚房的水槽 甚至浴缸 事實 上如果你願意的話 可以在泡澡時進行整個實驗 所以我們想做的是把我們這 裡的兩個杯子都完全浸入水中 我們基本上想要把兩個杯子都裝滿水 這就是我說如果你想 要的話 甚至在浴缸裡也可以這樣做 因為你已經在那裡了 在那裡 anyway 所以我們基本上會把兩個杯子的杯口對著杯口 然後你想要在它們裝滿水之後把它們放在一起 它們都必須完全地 這裡充滿了水 所以我們這裡有很多水 接下來你要做的是快速垂直提起它們 就像這樣 現在在這個桶裡面 底部有一杯水 上面還有一杯水放在上面 現在我要做的是小心地將這個東西拿出來 放到空 容器中 這樣我們就能清楚地看到這裡發生了什麼 現在這個實驗的第一部分實際上已經完成了 因為你真正擁有的是這裡 的杯子 儘管你看不見這些杯子裡面的東西 你這裡有的只是一個杯子 底部裝滿水 頂部也有一個裝滿水的杯子 所以你應該問自己的第一個問題是 這怎麼可能呢 這水的全部重量都集中在頂部 卻幾乎沒有滲漏出來 我們正在觀察 實際上並沒有真的滲漏出來 我們是如何真正做到這一點的 答案真的是大氣壓力 你杯子裡面的水正試圖往外流 因此我們說它產生壓力 意思是 它沿著接縫四周推擠 試圖逃出來 同樣地 這隻杯子周圍都有空氣 儘管你無法真正感受到它對 皮膚的壓力 但空氣壓力其實相當強大 它確實在推壓這隻杯子 用力向後推壓接縫 在這兩個杯蓋的接合處 內部的水壓試圖讓 水會流出 而外面的空氣壓力會推擠 試圖讓水保持在裡面 現 在所有東西都完全平衡 所以所 有的水基本上都留在這裡的杯內 現在讓我為你稍微增加一點驚豔效果 只是把最上面的杯子往後 滑一點 讓我剛好能看見一個開口 現在仔細看看我手裡的東西 如果你仔細看過去 會發現 那隻杯子的兩片嘴唇之間現在 有分離的現象 那裡確實有個縫隙 你可以看到那裡的水 因此 水正在努力流出 但由於地球大氣的關係 我們周圍無處不在的空氣壓力正壓在你身上 你施加的力和氣壓正持續地將水壓在裡面 因此 內部和外部的壓力完全平衡 現在我們需要做的是嘗試將這水排出來 我想你應該這樣表達 這從玩笑或賭注的角度來看 你可以說 好吧 我賭你 我 能夠在不碰杯子、不抓杯子的情況下 把這杯水完全倒出杯口 我沒有碰它 也沒有用我的手做任何事情 就能把這隻杯子上面的水倒出來 大多數人會用奇怪的眼神看著你 並 說你做不到 但你需要的是一根吸管 所以我會把這根吸管放在那個我剛才製造 的小縫隙附近 然後我會輕輕地往裡面吹氣 當我這樣做的時候 我希望你特 別注意這兩個杯子之間的小小空隙 所以我會把吸管放在離它幾公分的地方 輕輕地吹 你不要吹得太用力 只要輕輕地吹進來 開始吧 現在如果你仔細注意的話 你會聽到水的咕嚕聲和汩汩聲 當我將空氣吹入杯中時 水被排出 並從另一側流出 進入下方的容 器接下來我們繼續 現在的訣竅是 你不應該吹得太快或太用力 你不應該讓氣流過於強烈 把杯子從頂部吹掉 你只需要輕輕地將空氣從縫隙中壓過 現在最上面的杯子完全空了 下面的杯子當然裝滿了水 而最上面的杯子完全、完全空了 裡面只有一點空氣 而且你所看到的所有水都已經進入了 周圍的容器 這就是我們之所以那樣做 並一開始就放置那個容器的原因 問題在於 這是怎麼發生的 對吧 實際上非常有趣 這裡發生的事情是 你把兩個杯子裝滿水 然後把它們疊在一起 當它們完全對齊時 一切都很穩固 水試圖流出 它在推動兩個杯子之間的縫隙 但你有空氣壓力反推 而且那兩件事是平衡的 杯子靜靜地放在那裡 水也靜靜地放在那裡 一切都很平衡 對吧 現在我們稍微移動一下上面的杯子 發現水仍然被包含在裡面 杯內即使有明顯的出口路徑 這 一切還是因為周圍的無形氣壓所致 你瞧 地球有一層厚達數英里的大氣層 儘管我 們不認為空氣有很重的重量 但實際上它確實有 從這隻杯子一直到我們大氣層的邊緣都是一段很長的距離 空氣就在你頭頂上 它正壓在這個杯子上 現在我們無法感受到皮膚上的壓力 因為我們體內有內部壓力 我們身體內平衡氣壓的結構 同樣 也承受並平衡這裡的外部大氣壓力 我們需要以某種方式打破這種平衡 讓水 從上層的杯子流出來 我們使用一根吸管 我們所做的只是輕輕地將空氣通過那裡的介面送入 而 發生的情況是從吸管出來的空氣正在推動並強行進入杯中 因此 它有點像是克服了自然的大氣壓力 並強行穿過兩個杯子之間的空間 發生的情況是空氣進入 一旦空氣進入杯子 就會這樣 當它將杯中等量的水排出時 會發出咕嚕聲從另一側流下 因此 每當你吹入一口氣 另一側就會有等量的水流出 而且如果你這樣做足夠久 你所做的就是把上面的杯子倒 空卻完全沒有用手指接觸它 這就是這個實驗有趣的地方 現在我們想再做一次同樣的事情 這次我們會使用透明的杯子 這樣我們就能稍微看清楚一點 明顯看出發生了什麼 這個實驗用塑膠杯實際上效果 稍微好一點 但你會發現用透明杯子可以看到更多東西 我們接下來要做的就是把他們移到這裡 使用玻璃時要小心 現在所有東西都平衡了 再次 由於空氣壓力的作用 水被包含在裡面 所以我們會製造一個像這樣非常小的間隙 現在我們稍微失去一點 因此這裡有一個小小的介面 形成了一個間隙 水的封閉方式與之前相同 當我們吹氣進去時 氣泡也跟著進去 每一次呼吸 進去的氣泡 都會把水推出去 直到杯子完全空掉 這就是這個過程的運作方式 實驗是有效的 內在的水壓試圖向外釋放 而外在的大氣壓則推動著以保持水在內部 當你用力將空氣壓入時 水必須被排出 這顯示了你如 何克服空氣壓力 將放在另一個杯子上的杯子中的水排出 一個非常簡單的實驗 去準備材料 自己動手做做看 我想你會發 現這件事有點有趣而且很有趣