【LIS專欄】大氣壓力 - 難怪我們壓力這麼大

2016.10.26 10:44AM
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報告趕不完、工作量過多時,我們常喊:「壓力好大啊!」想趕緊結束這一回合,速速解脫!此時,適量的心理壓力有著驅使我們前進的動力。而你知道空氣中,其實也有一股我們看不見的力,正無時無刻不對我們作用著嗎?它就叫「大氣壓力」。小從早餐買了一杯奶茶插下吸管滿足地吸了一大口時,大至遇到淹水搬出來坐鎮的抽水機,都跟它有著密不可分的關係。如果這一切少了大氣壓力就通通都洗洗睡吧,什麼都不用做了!
難怪我們壓力這麼大
Photo Credit :Kevin Dooley, via flickr, CC BY 2.0
什麼是大氣壓力?

​首先,包圍著地球周圍的空氣層,我們就叫它大氣。跟我們放屁的臭氣可以傳到整個教室都聞得到一樣,地球的大氣可是可以延伸到數百公里之外的!只是受到牛頓發現的萬有引力吸引影響,99%的空氣都聚集在地面32公里的高度內,而這些大氣受了引力吸引後,壓在地球表面上所造成的壓力,就是大氣壓力。

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大氣壓力會隨著它的體積大小不同有所改變,也就是波以耳所提出的〈波以耳定律〉:「在一定溫度下,氣體壓力越大,體積就越小」,意思是對氣體施加壓力,使他壓力變大,它的體積會縮小。這可是人類史上第一個被發現的定律,現在騎腳踏車或打籃球用到的打氣筒,也都是應用了此定律。
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Photo Credit :Peter Dutton, via flickr, CC BY2.0
​大氣壓力到底有多「大」?

​早在三百多年前便有人測試過大氣壓力的威力,波以耳之所以能夠提出波以耳定律,也都拜這項叫「 馬德堡半球」的實驗所賜,這實驗在當時可說是轟動一時。

事情就發生在1654年,德國的一個小城市——馬德堡,當時的市長是一位名叫格里克的知名物理學家。他為了證明大氣壓力的強大威力,特別訂做了兩個可以完全密合的空心銅半球,直徑約三十七公分長。格里克命人把密合得滴水不漏的銅球抽到真空,也就是完全沒有空氣在裡面,並分別在球的兩側裝上扣環,各栓上一匹高大碩壯的馬。緊接著,號令一下,只見被鞭打的兩匹馬各自死命地往反方向用力,卻怎麼也拉不開兩個半球。

於是,格里克在兩個半球上,把馬的數目各自增為兩匹,然後——用力拉——咦?還是不行?於是再加,就這樣三匹、四匹⋯⋯一直加到總共十六匹駿馬在廣場上拚命地往反方向衝著,忽然,「轟」的一聲兩個半球終於被拉開了!此時,旁邊觀看的民眾無不感到驚奇,只見格里克又把兩個半球合了起來,但這次不抽走裡面的空氣。結果,不費吹灰之力地兩隻手就簡簡單單把一顆半徑三十七公分的銅球給分開了。

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為什麼抽光空氣的半球,需要十六匹馬才拉得開?沒抽空氣的半球,用兩隻手就解決了呢?這其實就是大氣壓的威力。第二次實驗時,銅球的內外兩側都有大氣壓著,兩股力量互相作用就抵消了,當然很容易便拉開;反之,第一次實驗,由於銅球內部是真空,只有銅球外的大氣壓力在往銅球作用,可見需要十六匹馬才能拉開的大氣壓力有多強大!
為什麼我們活在「壓力」中的卻沒事呢?

​以一個成人來說,身體所承受大氣壓力其實約一萬公斤重(空氣四周都有,壓力當然也是四面八方地來)。但是我們沒有被壓垮,甚至還沒什麼感覺,那是因為我們身體內外的大氣壓力相等,相互抵銷的緣故,就跟馬德堡半球的第二次實驗一樣,抵銷完當然就沒事啦!

不過,登山時,有些人會感覺呼吸困難,甚至耳膜破裂、鼻孔出血,其實就是因為跟平地相比,高山上的大氣壓力較低,進一步影響我們身體的緣故。


說了這麼多,大氣壓力跟我的奶茶到底有什麼關係?

當我們用吸管喝奶茶,奶茶能夠被吸上來,其實是因為我們吸掉了管內的部分空氣,造成吸管內跟外的壓力不同。此時,管外的大氣壓力便將果汁壓入吸管,用以填補被吸走的空氣造成的空位,你才吸得到飲料。因此,大氣壓力雖然肉眼看不見,卻札札實實地影響著我們每天的生活喔!

※原文同步刊載於LIS官網難怪我們壓力這麼大

參考資料:
1.科科史上的今天〈馬德堡半球實驗〉
2.〈大氣壓力知多少〉
3.〈大氣壓力〉
4.流言追追追〈大氣壓力〉

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