第10章 大气盔甲(1)

气体和固体都存在质量，并且都会被万有引力所吸引，从而被认为在引力场中可以表现为重量。

对于气体，常规的称量方法则是采用普通称量固体的方法先称量出确定容器和容器中气体分子的和重量，然后再减去容器的重量，从而得到气体分子的重量。

气体是以气态存在的，具有压缩性。

1.强大的气压

在17世纪的时候，有人决定在德国马德堡广场做一个实验，人们都闻讯赶来观看这有趣的实验。

实验者准备了两个空心的铜半球，将两个铜半球合在一起，抽去里面的空气。然后两边都套上4匹马，让8匹马同时向两边用力地拉。人们看到实验者竟然用8匹马去拉两个铜半球，都觉得十分可笑。

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马德堡半球实验

但是，就在这时奇迹出现了。不管8匹马怎么用力拉，两个铜半球都紧紧地贴在一起。于是实验者随着实验的进行，使两边的马匹逐渐增多。最后，人们用了16匹强壮的马向两边使劲地拉，才将两个半球拉开了。

人们十分不解，都纷纷问实验者原因。实验者这样说：“在地球的周围有着厚厚的大气层，大气层有大得惊人的气压。我们平时没有感觉到大气压的存在，是因为人的体内也有压力，正好和大气压抵消了。但是，铜半球里的空气被抽空以后，要拉开两个半球，就等于是和大气压拔河了。朋友们，你们想一想，用16匹马才能拔得过大气压，大气压是多么强大啊！”

听完之后，人们都不得不点头称赞。

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我们用壁钩的时候，要将钩内的空气挤走，让钩紧紧贴在墙壁上，这就是因为大气的压力所致。

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科学家将大气层分为5层：对流层、平流层、中间层、热层、逃逸层。我们通常所说的气压，就是指的对流层中的气压。

2.隧道里的宴会

1842年，世界上第一条过江隧道诞生了，这条过江隧道长达459米，从英国泰晤士河河底穿过，对于两岸交通的沟通起到了很大的作用。隧道通车的时候，在隧道里举行了小型的宴会。建筑者们用香槟酒互相庆贺这一隧道的通车。当人们打开酒瓶盖的时候，酒瓶里冒出的泡沫不像往常一样往上喷，酒喝在嘴里也不够味。宴会结束时，喝了大量香槟酒的客人从隧道里走向地面的时候，突然感到肚子不舒服，喝进去的酒在肚子里像翻江倒海一样，外衣马上被肚子撑圆了，肚子里的气好像要从耳朵眼里钻出来。

当时一些聪明的人马上意识到肚子里的香槟酒发作了，赶快跑回隧道深处让肚子里的气体爆炸平息下来。这是为什么呢？建筑者们都非常疑惑，有一次碰到一个物理学家，他们聊到那次危险情景时，这位物理学家说：“香槟酒和汽水等清凉饮料中都溶解有大量的二氧化碳气体，二氧化碳在常温常压下是一种无色无味的气体。喝到肚子里，肠胃并不能吸收，所以又很快地从口腔里跑出来。”

他又分析：“二氧化碳气体这一进一出在肠胃里兜了一个圈子，却带走了人体内部大量的热量，这就是喝汽水或香槟使人感到格外凉爽的原因。二氧化碳气体并不是很情愿地待在水里，在制造汽水或香槟酒的时候，人们必须对二氧化碳加上很大的压力，因为压力越大，溶在水里的二氧化碳气体就越多，然后盖紧汽水的瓶盖，二氧化碳气体就被牢牢地关在里面了。打开瓶盖，压力骤然减小，二氧化碳气体会争先恐后地冲出来，夹带着汽水或酒形成了泡沫。在地面上打开瓶塞和在地下隧道中打开瓶塞的情况不同。因为地底下的大气压要比地面上的高一些，由于压力大，从香槟酒里跑出来的二氧化碳气体就要少一些，留在酒里的就会多一些。”

“在地下隧道里，你们喝进肚子里的香槟酒中含有比正常时多的二氧化碳气体。待你们走到地面上的时候，由于气压减少，二氧化碳气体会从肚里的酒中争着往外跑，一时排不出去，自然把肚子撑得滚圆，胀肚使人非常难受。当你们立即返回到地底下，气压重新增大，二氧化碳气体就不再继续往外跑，人就又能够忍受了，但是人也不能总待在地底下啊！最好的方法是极缓慢地从地底下走上来，好让二氧化碳气体逐渐排出去。”物理学家说。

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潜水员从深水升起的过程，应该十分缓慢，让血液里多溶进去的气体一点一点地从肺部排出去以后，再升出水面，这样就不会引起疾病。

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1971年苏联宇宙飞船“联盟11号”在返回地球的时候，欢迎的人群纷纷拥向降落的飞船，但是三名宇航员无动于衷，端坐在驾驶台旁一动也不动，他们已经永远离开了人世。原来，当飞船要进入地球大气层的时候，由于控制不当，飞船高速旋转，致使一个阀门的螺丝松了。舱内的空气不到两分钟就漏光了，没有穿宇航服的三位宇航员还没有搞清发生了什么事情，来不及采取任何保护措施，就因为缺氧而失去了知觉。最后由于身体内的血液和其他体液内的气体在迅速跑出时形成的气泡阻塞了循环，同时各种内脏中的气体迅速膨胀，也使人陷入极度的痛苦而终于失去了生命。

3.水面“行走”

1922年6月29日，美国的塞缪尔森穿着自制的滑水板轻快地掠过湖面，实现了人类在水面“行走”的梦想。经过40年后，滑水运动在世界上流行起来。

塞缪尔森是在滑雪运动中产生滑水的幻想。他试用过各种型号的滑雪板在水面上滑行，都失败了。最后他发现，滑水板应该比滑雪板做得更宽一些，他用松木板制成了一个8英尺长9英寸宽（约2.44米长，0.23米宽）的滑水板，这次他终于成功了。后来，他又萌生了一个念头，让自己在一架时速为80英里的飞机拖动下滑水，然而这次他彻底失败，并在这次表演中丧生。

为了纪念这位勇敢者，佩平湖畔竖立着他的一座纪念碑，后来的人们每每经过这里时都会发出一声叹息。有一次，一个名叫詹姆斯的小孩与他的父亲经过此地时，詹姆斯问道：“爸爸，为什么塞缪尔森能在水上滑行？”爸爸回答道：“当游艇拖曳着滑水运动员时，运动员的身体向后倾斜，利用脚下的滑水板向前沿斜下方向前蹬水，使他得到一个斜向上的反作用，它一方面使运动员不下沉，一方面又阻碍运动员前进，在游艇的拖曳下，拖曳力克服了阻力，使得滑水运动员能站在水面不仅不下沉，还能高速前进了。滑水看起来悬，但实际上并不危险。后来，塞缪尔森有一次滑水不慎脱落了一只滑水板，但是他发现一只脚也照样能滑。”

现在滑水运动已经很普及，滑水花样翻新，甚至四五岁的小孩也去滑水。

现在，冲浪是一种看起来更有趣的滑水运动。令人奇怪的是，冲浪运动员没有汽艇的拖拽，为什么也不会下沉呢？冲浪运动员的速度来源于海浪。冲浪运动员像坐滑梯一样从一个浪尖上滑下来，再冲到另一个浪尖。冲浪运动必须在海浪较大的地区开展，运动员必须不断地追逐着海浪前进才行。

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第二次世界大战时，一个英国工程师曾经用打水漂的原理去轰炸德国法西斯海岸的军事设施。当时，因为有高射炮的保护，英国的轰炸机不能接近德国海岸。这位工程师设计了一种圆柱形的炸弹，炸弹投下的时候是绕着竖直轴高速旋转的，就像我们打水漂的时候抛出的旋转石片那样。这种炸弹在水面上一蹦一蹦地向堤坝跑去，遇到岸边的堤坝就沉到水里，完成了对海岸军事设施的轰炸任务。

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冲浪运动起始于澳大利亚。由于澳洲四面环海，气候温暖，多日照而少阴雨，有利于水上运动的发展，故而澳大利亚人特别喜爱冲浪运动。早在欧洲人迁来之前，这里的土著人，乘独木舟浮海时，就凭一叶扁舟忽而冲上浪峰，忽而滑向浪谷，这就是冲浪运动的前身。

4.凉不掉的过桥米线

小晶和小山刚结婚，他们决定出去旅游来度蜜月，许多人都选择海南三亚，而他们选择去云南昆明、丽江、香格里拉，去感受春城和高原的温馨、美丽。

当他们从昆明下飞机后，就听说云南的过桥米线闻名全国，打上出租车直奔一家过桥米线的老店。吃的时候，服务员先端上一碗汤，上面漂着厚厚一层油，随后又送上一盘切得很薄的生肉片。汤看上去似乎并不太热，但是服务员对他们说：“你们绝对不能端起来就喝。因为生肉片放进去，能在汤里涮熟。吃过涮肉片以后，主食是放在盘子里的熟米线。把米线放在汤里一烫，吃起来也是热乎乎的。”

关于过桥米线的传说有许多，小晶和小山边吃边讨论这过桥米线的魅力，为什么汤凉得这么慢。恰巧，他们的讨论被旁边的一位老者听见，这位老者非常热情地为他们解释：“你们也许会认为碗的保温性能好，碗是敞开的，并无保温性能。秘密是汤表面漂着的那厚厚一层油。汤上的一层油的保温作用甚至比加一个密封的碗盖作用还强。你们的父母都会有这样的经验，在炖肉的时候，表面厚厚的油层会使肉更容易炖烂。

“从对流的角度分析，一碗汤变凉，主要是由于表面成分的蒸发，蒸发能带走大量的热，上面一层汤凉了沉下去，下面热的再浮上来，这种对流加速了散热过程。如果是一碗油汤，情况就不一样了，油很轻，总是漂在水面上，即使凉了也仍然漂在上面，所以可以阻碍对流现象，碗底下的热汤总没有机会浮到表面把热散掉，这就是油汤比普通的汤凉得慢的原因。”

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太阳每天给地球带来大量的光和热，如果把其中的万分之一利用起来，全世界现有的发电站就不需要工作了。可是目前的太阳能除了被植物吸收利用了千分之一以外，几乎全部散失掉了。怎样才能把太阳的热量利用起来呢？办法是想了不少，只是建造设备花钱太多，因此没能广泛应用。

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最近，科学家发明了一种价格比较便宜的太阳池发电方法。什么是太阳池发电呢？

水可以吸收太阳光的热量，但是对流又不断地把热散失在空中。计算表明，如果设法让太阳热能只进不出，池水的温度可以达到摄氏100度。但是，怎样才能保温呢？工程师想到了盐，淡水能浮在盐水的上面，根据这个道理设计的水池叫太阳池。池的下面盛上浓盐水，上层是淡水。阳光透过淡水把下面的盐水晒热，由于盐水浓稠，比淡水重，即使受热膨胀稍稍变轻，也不会浮到淡水的上面把热散失掉。所以下层盐水中所吸收的太阳的热量可以越积越多，而且池子愈深积热的效果越好。在池底安装上循环管道，就可以把底下的热引上来向屋子里供暖。把一个密封的锅沉到池底，不一会儿就可以把米饭焖熟。

5.沙海“蜃楼”

20世纪的90年代，那天是8月18日，一辆汽车在茫茫的大西北沙漠中奔驰，一望无际的沙丘和单调的景物使人昏昏入睡。

突然一个乘车的人对着窗大喊：“快看，前面有一片水泽！”这是上午9时55分的事，人们立刻把头转向窗口。在远方确实有一片蓝色的水泽，随着汽车的速度不断地变换着位置，好像带来了一丝凉意。

10时14分，淡蓝色的水泽从西北方向移向正西，并奇迹般地从水泽里叠化出一座座白色楼宇的倒影，好像是迎接远方的贵客来临，但是当驱车接近这个水域的时候，这片诱人的水泽就消失了。

这时，车上的人们议论纷纷，恰巧在同行的车上有位教授，他给人们解释了这种奇怪的自然景象。他说：“过去，人们说这是沙漠上的魔鬼在戏弄疲劳的旅客。但是现在，在沙漠里发生的这种现象却称为‘沙海蜃楼’。

“其实海面上也会出现这种现象，人们称之为‘海市蜃楼’。在1991年8月3日下午，安徽巢湖市突然看到了巢湖上的宝岛——佬山。平时佬山在巢湖市是看不见的。那天奇迹般地出现在市民的眼前，使人惊奇不已。

“海市蜃楼是一种罕见的光学现象，一般人是很少有这种眼福的，甚至一辈子也难见一次。其实，你们有看到蜃楼现象的机会，只是没有前面说的那么好看。6～7月份正是看蜃楼的好时机。蜃楼在哪里？就在晒热的柏油马路上。

“在炎热的日子里，当你们顶着烈日沿着马路向前走的时候，你会发现在马路的尽头水汪汪的，好像洒水车刚刚洒过水一样，顿使你感到一丝凉意掠过。水面上还映出了汽车的倒影和过路的行人，但是当你快步走向前时，那片水塘便消失了，或移到更远的地方。这就是你看到的‘马路蜃楼’。它的原理和沙海蜃楼一样。蜃景是热空气耍的把戏。黑色的柏油路面，在炎热的太阳照射下，大量吸收热，然后又向四周辐射出去，因此在地面的周围就形成了一个热空气层，热空气层上面的空气则还是比较冷的。当光线射到冷热空气的分界面上时，会发生折射，这样地面上的热空气层就像一面镜子一样把射来的光线反射回去。其实，简而言之，当地面上覆盖了一层热空气时，就像在地面上铺了一个大镜子，不过这不是真正的镜子，路面上的热空气飘浮不定，所以从上面反射的影像给人以水塘的感觉。沙漠上的蜃景也是这样形成的。沙粒上方的热空气也像一面镜子一样把远方的景物反射出来，形成水泽的幻觉。”教授解释道。

听完教授解释之后，人们都纷纷鼓起掌，称赞教授的知识渊博。

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自古以来，我国的山东蓬莱就是看海市蜃楼的好地方，岛屿山峦和城市出现在空中，街道上的行人依稀可见，宛如仙境。

亲爱的读者，走在火辣辣的阳光下是有些恼人，但是这也正是观察“马路蜃楼”的好机会，你可不要放过哟！

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蜃景不仅在海上、沙漠中产生，柏油马路上偶尔也会看到。蜃景的种类很多，根据它出现的位置相对于原物的方位，可以分为上蜃、下蜃和侧蜃：根据它与原物的对称关系，可以分为正蜃、侧蜃、顺蜃和反蜃；根据颜色可以分为彩色蜃景和非彩色蜃景等。

6.啤酒泡带来诺贝尔奖

格拉泽是美国密歇根大学的物理教授，主要从事原子物理研究的，他对于威尔逊云雾室十分不满意，常常思考着改进的办法。

一天，他心事重重地来到一家咖啡馆。

咖啡馆里的侍者走来问：“教授，我能为您服务吗？请问您需要点什么？”

格拉泽心不在焉地说：“来一杯啤酒吧。”

啤酒上来了，格拉泽一动也不动，对着那杯泛着泡沫的啤酒发呆。午后的阳光从窗子钻进来照在啤酒上，酒杯里的气泡一个接着一个往上冒，他顺手就把汤匙放在酒杯里拌动了一下，汤匙上也布满了气泡。

格拉泽突然站了起来，大步流星地向外面走去。

“教授！教授！”

这时，格拉泽才想起来还没有付钱。他丢下一个美元就朝实验室走去。

或许是气泡给了格拉泽启发，让他有了一个新的思想在脑海中出现，他突然意识到，是否能用气泡来显示粒子的踪迹呢？

威尔逊云雾室使用的是把气体变成液体的过程，而液体里产生气泡则是一个相反的过程，当一壶水要沸腾的时候，里面就会产生气泡。