到目前為止,我們大概把對「水」的生活經驗,作了一部分的探討,當然我 們知道流體除了液體之外,還包含氣體,現在相同的利用一些生活經驗來了解我 們生活中密不可分的「大氣」。
4-1:大氣壓力的成因
表三:一些常見的壓力
(1) 表三是一些常見的壓力,由這個表中,你可以解釋為何汽車輪胎破一 個小洞時,氣體是跑出來還是跑進去呢?
(2) 上題的答案,大家可能都會覺得是跟壓力大小有關,那壓力到底是從 哪來的呢?我們知道在水中的壓力是因為有水重的關係,那麼我們在大氣 中所承受的大氣壓力,是因為誰的重量所造成的呢?
(3) 你可以舉出生活裡,會利用到跟大氣壓力有關的例子嗎?
壓力(pa)(nt/m2) 太陽中心 2×1016
地球中心 4×1011 實驗室可作出之最高壓力 1.5×1010
最深之海溝底 1.1×108 高跟鞋對地面 1×106
汽車輪胎 2×105
海平面大氣壓力 1.0×105 正常血壓 1.6×104
(4)如果你已經知道大氣壓力的來源,是因為空氣的重量,那麼如果人在 月球上,你覺得可以利用吸管吸飲料嗎?為什麼?
小發現:我們知道只要有力的作用,就會有壓力的產生,當然大氣層本身也是 有質量的,想必然大氣層也會受到重力作用,所以大氣當然會有「壓力
」的;故我們可以知道大氣壓力的由來是因為大氣層的重量所產生的。
範例1:《大氣壓力所產生正向力》
如右圖所示,一半徑為 R 的半球形開口容器,倒置在一橡皮墊上。若設法將容 器內的空氣完全抽掉,則由於大氣壓力的作用,下壓在該容器上的合力有多大?
(大氣壓力=P)
4-2:大氣壓力的測量
(1) 那麼大氣壓力到底有多大呢?在 1664 年,義大利科學家托里切利設計 了一個簡單的實驗,可以測量大氣壓力,也就是我們俗稱的托里切利實 驗。你知道它是如何設計這個實驗的嗎?試著把他實驗簡圖畫出來!
(2) 知道大氣壓力的測量後,定義出 1 大氣壓力=76 公分汞柱高。那麼以一 成人全身表面積約一萬平方公分來計算,身體承受的大氣壓力的總力約為 一萬公斤重,但是為什麼我們沒有被壓垮呢?
(3)大家應該都曾經看過氣象報告中的氣象圖吧,氣象主播一定會提供一個大 氣壓力的分布圖,例如台灣的壓力 1040(hPa),你知道這代表的意義嗎?
到底台灣的氣壓是高還是低呢?
定義:一標準大氣壓力(atm)=76 公分汞柱高
=1033.6 公分水柱高(
gw
2cm
)=1.013×
10
5(nt
2m
)(帕)=1013 百帕
=1013 毫巴
推導:請試著由實驗的結果:1atm=76cm-Hg,推導其他單位的關係!
範例:
依國際單位系統,長度的基本單位為公尺。一公尺的標準最初曾被定義為「由 北極經巴黎到赤道的子午線(經線),其長度的一千萬分之一」。根據這個標準
,及下表的資料,試回答以下(1)~(2)題與地球有關的問題。 【89學測】
一大氣壓 1.01×105牛頓/公尺2 半徑為R的圓周長 2πR
半徑為R的圓球表面積 4πR2
(1)地球的半徑約為多少公尺?(A)6×104 (B) 6xl06 (C) 6xl08 (D) 6xl010(E)6xl012。 (2)地球大氣層的空氣總質量約為多少公斤?
(A) 5xl014 (B) 5x1016 (C) 5xl018(D)5xl020(E)5xl022。
4-3:空氣浮力
(1) 相同地,我們知道物體在液體(例如水)中,會因為受到壓力差的不同造 成浮力,那麼相同地,在空氣中應該也會受到類似的原因造成空氣浮力,
你可以舉出一些利用空氣浮力的例子嗎?
(2) 1993 年,兩位瑞士人操作熱氣球,在 20 天內完成環繞地球一周的壯舉
,你可以解釋為何熱氣球可以上升嗎?
(3)跟熱氣球相同的原理,你知道一般夜市所販賣的氣球,他裝的氣體會是 什麼東西嗎?是否有危險性呢?
小發現:其實物體只要在流體中,就會因壓力差的關係,造成一個向上浮力的效 果,所以我們在處理空氣浮力的問體,基本上跟在處理水浮力是類似 的,只不過因為大氣的密度很小,所以一般我們對空氣浮力沒有對水浮 力的感覺明顯。
範例:《大氣壓力隨高度的變化》
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