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分而治之:揭秘大气压力的故事

时间:2023-10-05 理论教育 版权反馈
【摘要】:小明合上《水·空气·电》这本书,准备晚上再看。爸爸看出了小明的内心活动,补充了一句:“当然要讲与大气压力有关的故事了。”小明露出怀疑的目光。小明提出了一个很有代表性的问题。他给小明一张普通纸,让他用一个手指头戳这张普通的纸,结果不费吹灰之力就能把纸戳个洞。高兴之余,小明作了一首打油诗,一句一句地念了起来:巧引曹冲称象例,分而治之“求”大气。

分而治之:揭秘大气压力的故事

小明合上《水·空气·电》这本书,准备晚上再看。他对爸爸妈妈说:“谢谢爸爸妈妈送给我这么有趣的书。”

“且慢,‘来而不往非礼也’,我们向你推荐了买空气的故事,你也该给我们讲个故事了吧?”爸爸突然来了个讨价还价,这可使小明犯难了,一时不知讲啥故事才好。

爸爸看出了小明的内心活动,补充了一句:“当然要讲与大气压力有关的故事了。”

这个“补充说明”更使小明丈二和尚——摸不着头脑了。

小明说话都有些口吃了:“对——对不起,爸爸妈妈,与大气压力有关的故事,我实在不——不会讲,请爸爸妈妈原——原谅。”

爸爸妈妈哈哈地笑了一阵子。爸爸说:“看你那个样子,变成了‘小结巴’。你不是学过曹冲称象的故事吗?你就讲讲这个故事吧。”

“这与大气压力能挨得上吗?”小明露出怀疑的目光。

“当然挨得上。等你讲完了这个故事,我再告诉你不迟。”

“那好吧,我先开个头。”小明说罢,就像老师给他们讲课那样,有条不紊地讲了起来:

“在我国,曹冲称象的故事可以说是家喻户晓,妇孺皆知。故事说1700多年以前,吴国孙权为了讨好魏王曹操,有一次派人给曹操送来一头大象。曹操很高兴,带了7岁的儿子曹冲和文武官员去看大象。曹操问身旁的文武官员:‘这头大象有多重?谁有办法把它称一称?’大家面面相觑,一时都被难住了,谁也想不出一个称大象的好办法。这时,小曹冲从人群中跑出来说:‘我有办法。’曹操忙问:‘什么办法?’曹冲说:‘先把大象赶到一条大船上,看水升到船的什么地方,做一个记号;然后把象牵走,再在船里装上许多大石头,等船沉到做记号的地方为止;最后,把这些石头搬下船来,分别称一称每块石头有多重,再合在一起,就是大象的质量了。’曹操听后,喜出望外,立刻命令左右照曹冲的办法做,果然称出了大象的质量。”

爸爸表扬说:“你讲得很精彩,可以打100分!”

妈妈说:“为什么要讲这个故事呢?因为前面咱们说过空气是有质量的,可是,空气的总质量是多少呢?曹冲称象这个故事使我们受到了启示,对空气也可以分割求质量,然后再求出总和,不就是空气的总质量了吗!”

“你看爸爸妈妈,拐弯抹角地倒挺能联系呢!”小明心想。

妈妈继续讲下去:“我们假设大气是静止不动的,这样就可以把大气分割成许许多多个垂直于地面的空气柱,让每个空气柱的底面积为1厘米2。这样的气柱又细又长,一直伸到大气层的上界。”

说到这里,妈妈在记事板上画了一个又细又长的气柱,它看上去很像孙悟空大闹龙宫中的镇海神针。

妈妈指着这根“神针”——大气柱的底部说:“我们只要在这里安放一个特殊的秤,就能测出整个空气柱的质量了。”(www.xing528.com)

“这个秤是什么样的呢?”小明问。

“原来,这个秤就是气压表。气压表上所得到的气压数值正好等于1平方厘米面积上所承受的大气柱的质量。在海平面高度上,这个质量约为1.033千克。地球表面积为5.1亿千米2,那么,我们只要把这两个数相乘,就能得出整个大气层的质量——5250万亿吨!这个数字够惊人的吧!看,这个无边、无棱、看不见、摸不着的庞然大物——大气层的质量,就这样用分而治之的办法巧妙地称出来了。如果用同样质量的铁来代替大气,那么,地球表面就要披上一层1.3米厚的铁甲了。1.3米,相当于你这般年纪的小学生的个头儿。真是不可思议!”

爸爸说:“根据计算出的结果可知,地面上每平方米面积上大约要承受10吨质量的大气压力。人类生活在大气的最底层,一个中等身材的人,表面积为1.5平方米,他要承受15吨质量的大气压力!这个数字会吓你一跳吧?”

“既然一个人受到15吨质量的大气压力,我们为啥感觉不到呢?”小明提出了一个很有代表性的问题。

“其实道理很简单,”爸爸说,“因为人体内也有空气,也受到同样的大气压力,并且这个压力和外面的大气压力一样大。进入肺腔、肠、胃、中耳、鼻腔等处的大气压力和外部的大气压力保持平衡了,所以,人体能适应这样大的大气压力。”

为了说明这个问题,爸爸要小明做个小实验。他给小明一张普通纸,让他用一个手指头戳这张普通的纸,结果不费吹灰之力就能把纸戳个洞。接着,爸爸又让他用左手和右手的两个手指头,从两边对着戳纸,就是用了吃奶的力气也不能把纸戳出洞来。

爸爸说:“这个小实验可以帮助说明人体内外大气压力相平衡的道理。一切陆地上的动物,也都有用来平衡大气压力的内压力,这样它们才能生存。”

“那么,人的呼吸也和大气压力有关了?”小明问。

“是的。”爸爸说,“人们常说,把空气‘吸’到肺里,这种说法并不十分准确。肺是悬在胸腔中的大薄膜囊,肺的下面有块横隔膜,横隔膜往下压,肋骨抬起来,胸腔的容量增大,使肺外的大气压力比肺内的大,所以,空气就从体外压入肺内,这就是吸气。横隔膜向上运动,胸腔缩小,就把空气压出了肺部,这就是呼气。”

原来是这么回事呀!小明又明白了许多道理。

高兴之余,小明作了一首打油诗,一句一句地念了起来:

巧引曹冲称象例,

分而治之“求”大气。

两指对戳纸不破,

内外平衡人适宜。

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