用身边常见器材，做大气压强实验

张军

人类生活在空气里，就像鱼生活在水中。我们的呼吸离不开气压，抽水机抽水离不开气压，飞机上天也离不开气压。今天，我们就用常见器材，来做做有关大气压的实验。

证明大气压的存在

证明大气压存在的方法有很多。

最简单的方法是找一个空饮料瓶，往里面加少许开水，晃动几次后将水倒出去，同时迅速将瓶盖拧紧。当饮料瓶温度降下来，瓶子便慢慢变形了，就像有一只无形的手将它压缩、扭曲。这只“手”就是大气压。开水产生的水蒸气“挤”走了瓶内的“空气原住民”，导致瓶内气体主要是水蒸气。温度下降造成瓶内气压减小，水蒸气液化为小水珠，导致瓶内气压进一步减小;瓶子外面的大气压毫不手软，对瓶体实施了合围、夹击，导致饮料瓶被压扁。同时我们也看到了，力可以使物体发生形变。

用吸盘挂钩证明大气压的存在也很简单。将两个吸盘压在一起，挤去中间的空气，大气压就会让它们紧紧相拥了。想直接向两边拉开它们，可要费点力气了（图1）。

我们在生活中经常使用吸盘装置，比如吸盘挂钩，可以挂个小毛巾、挂个啤酒扳手;比如浴室的防滑垫，底部遍布吸盘;比如吸盘球，往平整的物体表面一扔，就会“吸”上去，很是减压;比如吸盘杯垫，可以让杯子牢牢固定在水平或竖直的光滑物体表面（图2）。现在就来问大家一个问题：吸盘被大气压压在竖直墙壁上，挂上重物后，吸盘为什么不掉下来？有人可能会错答为“因为大气压”，这说明没有掌握物体受力分析的方法。“不掉下来”的含义是“在竖直方向保持静止”，所以在竖直方向上应该“受力平衡”，向下的力是重物对吸盘的拉力和吸盘受到的重力，向上的力是墙壁施加的摩擦力！

如果有广口瓶，同时也愿意损失一个鸡蛋，我们还可以做一个“瓶口吞吐蛋”的实验。煮熟的鸡蛋去壳备用，将开水倒进广口瓶，晃一晃再倒掉，赶走里面的空气，然后将去了壳的鸡蛋迅速放到瓶口。由于鸡蛋的横截面大于瓶口，所以鸡蛋不会掉进瓶内。但随着广口瓶内气压减小，外界大气压对鸡蛋下手了。鸡蛋慢慢被压入瓶中，腰围明显变小（图3）。如果想让鸡蛋快速进入瓶内，可以在瓶子外面浇冷水。如果不想让鸡蛋掉进瓶子里拿不出来，可以见好就收，往瓶子外面浇热水，瓶内膨胀的空气就会把鸡蛋重新托举出来。鸡蛋经历了惊魂一刻，但是瘦身效果很明显。做这个实验的前提是广口瓶要能经得住冷热考验，普通瓶子可能会破裂。

利用大气压，我们可以把吸管当成滴管使用。将吸管插入水中后，用手指堵住上面的管口，再把吸管从水中取出来，吸管里就会提起一段水柱，因为大气压的存在，水柱不会掉落。用堵住管口的手指小心地控制管口的透气量，吸管里的水就会一滴一滴落下来（图4）。想获得更长的水柱，我们可以使用长玻璃管。理论表明，在标准大气压下，这个水柱的最大长度是10.33米。

利用大气压，我们可以检查塑料滴管的气密性。用手指堵住捏扁的滴管口，若滴管不漏气，则外界气体无法进入滴管内，滴管乳头就会保持变瘪的状态;相反，如果乳头恢复原状了，就说明滴管有地方漏气。

利用大气压，我们还可以用饮料瓶做个浇花器。用锥子在饮料瓶瓶底扎若干个小洞，倒入水后，水在重力作用下会从瓶底流出。这时把盖子拧紧，瓶内水面下降，导致水面上方空气体积变大而气压减小，外界大气压就会把瓶底的小孔“捂住”，导致水流不出来。拧开盖子，空气进入瓶内，水又会流出来。这样，流与不流就尽在掌握了（图5）。当瓶里水流完，我们可以向饮料瓶内注水，也可以让饮料瓶自己“吸水”——拧紧瓶盖后，将瓶子捏扁，然后将瓶底浸入水中，松开手，饮料瓶在自身弹力作用下恢复原状，导致瓶内空间体积变大而气压减小，外界大气压就会将水从瓶底小孔压进瓶内，浇花器就变成了吸水器。

针筒里的空气

我们常说，用针筒可以“吸”取液体，其实科学的说法是，外界气压将液体“压”进针筒。当抽动活塞时，活塞与注射器孔间的空间体积变大，導致气压小于外界大气压，液体就被“压”进针筒了。如果在针筒里吸入空气，然后堵住注射孔，压缩活塞，你会发现，空气体积会减小，但是很快就压不动了，这是因为空气分子间存在相互作用的斥力（图6）。如果针筒足够结实，你的力气又足够大，压缩可能导致针筒里的气体呈现“液态”。压缩到不能压缩时，突然松开活塞，被压缩的空气表现出一定弹性，会将活塞推开（图7）。这个过程中，针筒内空气的内能减小，转化为机械能。如果有精密的温度计测量，我们会发现膨胀后的空气温度下降了。炮弹出膛也是这个原理，火药燃烧产生的高温、高压气体对弹头做功，将内能转化为弹头的机械能。这个过程在瞬间完成，功率很大。柴油机、汽油机的做功冲程也是这个原理，油料燃烧产生的高温、高压气体推动活塞，带动连杆、曲轴转动，将内能转化来的机械能输出。而压缩气体时，会导致空气温度升高，这时机械能转化为内能。给自行车打气时，气筒壁温度会升高，这就是因为压缩体积做功使空气温度升高，空气又将“热”传给了气筒壁。

空气被压缩后也会变“硬”。将吸管一端剪尖，然后将尖部戳向梨子，很难扎得深;如果用大拇指将另一端堵住，再扎向梨子，则可以扎得较深。大拇指与果肉在吸管内制造了一段压缩的空气柱，使整体强度大大增加（图8）。

将针筒的活塞推到底，让注射孔朝上并堵住，向下拉活塞时会很费力，因为你必须克服外界的大气压力。横截面积为4平方厘米的活塞，受到的大气压力约为40牛。也就是说，即使在活塞下面挂4 千克的重物，活塞也会岿然不动。

在针筒里吸入一些热水，堵住注射孔，迅速向外拉动活塞，你会看到针筒里的水沸腾了！这是因为，拉动活塞时，水面上方气压减小，导致了水的沸点降低，在不到100℃的情况下，水也会沸腾。

在高压锅发明之前，高山上的居民是吃不到水煮肉的，水沸腾后再怎么加热，温度也保持不变，沸点低，导致肉煮不熟。但是他们可以吃烤肉，将肉直接架到火上烤，或者将肉铺在石头上，再用火给石头加热。

流动的空气更好玩

我们已经知道，当流体流动起来时，压强会减小，这样我们就有了更多的玩法。

一般的玩法大家都会，往两张纸中间吹气，两张纸反而靠近了;往两个悬挂的气球中间吹气，气球反而靠近了;将纸折一下放在桌面上，像个小屋顶，往“屋顶”下面轻轻吹气，“屋顶”居然坍塌，贴在了桌面上（图9）。

下面，再教你几种动感十足的玩法。

点燃蜡烛，通过吸管向火焰旁吹气，火焰会弯向吸管（图10）。将吸管弯头处折成90?，在竖直的管口上方放一个乒乓球，同时从水平的管口向内吹气。你猜怎么着？乒乓球會浮在管口上方，晃动、滚动、摆动，就是不掉下来。这是因为乒乓球下方的空气流速变大，气压减小，上方和四周的大气压会将乒乓球“握在掌心”，牢牢掌控（图11）。

我们知道，将一个乒乓球塞进漏斗口，用力从管口吸气，大气压会把乒乓球压在漏斗内而不掉落。但是，如果从管口向内吹气呢？乒乓球也不会掉落，这同样是因为乒乓球上面的空气流速变大了，导致气压减小，乒乓球下方的气压会将乒乓球压在漏斗内（图12）。

剪两截吸管，一截竖直插入水中，上面的吸管口离水面要近一些;另一截吸管水平放置，一端管口与竖直放置的吸管口垂直，从另一端向内吹气。猜猜会发生什么现象？竖直的吸管口空气流速变大，气压减小，水面的气压会迫使水沿着吸管爬到管口，横向的气流则将爬出管口的水吹散，形成水雾——我们做出了一个口吹喷雾器（图13）。如果背对着太阳，角度合适的话，还会看到水雾中的彩虹。下次就可以一边给花喷水，一边练肺活量，一边欣赏彩虹了。

让一个纸筒从高处掉落，通常情况下，纸筒会沿直线向下运动。但是，如果让纸筒一边旋转一边下落呢？用宽一些的纸带，将纸筒缠绕几圈，拿到高处放手，纸筒便会一边旋转一边下落了（图14）。

如图15，左侧的空气相对于纸筒的流速较大，因此气压较小;右侧空气相对于纸筒的流速较小，因此气压较大。这样就产生了一个方向向左的气压差，纸筒在下落的同时，受到向左的大气压力，因此向左偏，轨迹呈现弧形。乒乓球的旋转球和足球的“香蕉球”也是这个原理，调整施力的作用点和方向，让球一边旋转一边前进，轨迹呈现弧形，会给对手的防守造成困难。

利用这个原理，我们可以把一次性纸杯变成飞行器。将两个纸杯的底部粘在一起，并用双面胶和纸带固定，做成飞行器主体。将几根橡皮筋连成长条，做成弹性发射器。左手握住飞行器左端的纸杯，并用大拇指压住橡皮筋的一端;右手捏住橡皮筋的另一端，拉长后往下、往前，在纸杯中部绕2～3圈，斜向前上方用力，将飞行器射出。旋转飞行的纸杯因下方空气压力大，获得了一个向上的升力，可以在空中飞行一段时间（图16）。同学们可以进行比赛，看看哪个飞行器的滞空时间最长。也可以一个人发射，另一个人用手接住飞行器，变成两人合作的游戏。

（责任编辑：白玉磊）