原來空氣這么有料

許瑞　張威

也許你并未意識到，從起床到坐在教室學習，從在運動場跑步到回家昕音樂，從本質上來說，其實都是在游泳。為什么這么說呢？因為空氣是流動的。它就像水一樣流動，也會有波浪和漩渦。當你在空氣中乘風破浪而行時，無數空氣分子迎面撞擊著你，并且在你身后形成漩渦。那為什么我們大多數情況下都感覺不到空氣的存在呢？

空氣不“空”

一個空瓶子，并不像我們看起來的那么“空”。體積1升的空氣中，大約有3×10²²個分子。也許你對這個數量沒有概念，這大概相當于地球上所有沙粒的總和。當這些分子相互撞擊時，它們會向周圍施加壓力，就像瓶子里的水分子會對瓶壁施加壓力一樣，瓶中的空氣分子也會向瓶壁施加壓力，這就是大氣壓力。

盡管空氣比水輕很多，但這些分子也還是具有相當的重量。一間教室的空氣重量你會算嗎？一間教室體積約150立方米，空氣的密度約為1.29千克/立方米，利用空氣密度乘以體積，我們可以得到一間教室的空氣大約重193.5千克，大約和一頭成年非洲雄獅的重量差不多。那當你在教室中時，為什么沒有感覺到被壓得喘不過氣來呢？

在巨大“壓力”下生活是什么感受

走到室外，我們的頭頂實際上承受著從頭發開始，到地球大氣層邊緣所有空氣的重力，這個壓力有多大呢？一個標準大氣壓強為1.013×10⁵帕，假設我們頭頂面積約0.1平方米，那我們每人受到約10000牛頓的力，相當于兩頭獅子的重力壓在頭頂。但是我們的口鼻可以呼吸，體內不是真空，體內也有大氣壓力向各個方向施加，所以我們不會被壓扁。

由于長期生活在這樣的大氣壓力下，我們已經適應了氣壓的存在，幾乎感受不到壓力。雖然嚴格來講，不同的時間有不同數量的空氣分子撞擊你，但由于數量實在太大，這種小小的差異無法體現出來。

如果空氣壓力不一致

假如局部的空氣壓力不一致會怎樣呢？在此我們只討論幾個已有的研究：

陰晴冷暖/心情好壞

大氣壓強不一致說明一個區域的空氣壓強大，而另一個區域的空氣壓強小，這會導致空氣從壓強高的區域流到壓強低的區域。我們最直接的感受就是刮風。天氣預報主持人提到的“高氣壓”和“低氣壓”是各種天氣變化的主要原因，例如高氣壓控制的區域不利于云雨的形成，常常是晴天。人們常說的秋高氣爽中的“高”也是指秋天的氣壓，相對于其他季節而言，更高一些。那為什么秋天會覺得“氣爽”呢？

氣壓變化不僅僅影響天氣的好壞，更是我們賴以生存的條件。我們通過胸肌的擴張與收縮，控制肺部的氣壓。當胸肌擴張時，肺里的空氣壓降低，讓富含氧氣的空氣進入;當胸肌收縮時，肺部壓強增大，體內的空氣呼出。在高氣壓控制的秋天，空氣中的含氧量更加充足，人們可以降低呼吸的頻率，因此會覺得更舒服。反之，在低氣壓控制的下雨天，人們會感到憋悶，就是因為空氣中的含氧量低，呼吸頻率需要增加。在高原地區，空氣含氧量低，人們會出現高原反應也是因類似的原因。

御風而行

空氣的壓力變化與流速有關，這就是大名鼎鼎的伯努利原理：在水流或氣流里，流速大的地方壓強小：流速小的地方壓強大。因此，科學家們通過控制流速掌握了飛行的秘密。

飛機飛行時機翼周圍的空氣具備流線分布，由于機翼橫截面的形狀上下不對稱，機翼上方的流線密，流速大，下方的流線疏，流速小。因此翼面下方的大氣壓強大于翼面上方的大氣壓強，產生向上的托舉力;并且速度越快，托舉力越大。在真實的飛行器設計中，需要考慮的因素很多，例如摩擦阻力、壓差阻力、空氣粘滯性等。為優化飛行器的形狀，得到高效運動飛行器，科學家們在風洞實驗室以人工的方式產生并控制氣流，用來模擬飛行器周圍氣體的流動情況，并量度氣流對實體的作用效果。此外，近年全球流行的室內跳傘，也是利用這一原理——在不使用飛行傘、滑翔翼等飛行器的狀態下，借由垂直產生的氣流，就可以在空氣中飄浮飛行。

空氣環繞著我們，它的質量、密度、壓強等屬性經過科學家們前仆后繼的研究，而逐漸被人類熟知?，F在，我們知道空氣能傳播聲音;能幫助我們抵御來自宇宙的電磁輻射;還能幫助地球維持地表溫度穩定……但是空氣還有許多特點不完全為人類了解。研究空氣的特性對我們的生活和國家安全有著重要的意義。例如空氣動力學研究將會促進我們研發空天飛機、超音速飛行器、超音速導彈等;而大氣物理學的研究能幫助我們防災減災、指導生產生活。目前我們對空氣的研究還遠遠不夠，相信在將來，隨著我們對空氣的深入研究，未來的生活將更加便利！

（責任編輯/岳萌 美術編輯/李子夜）