2-3   重力與生活
     2-3-1 萬有引力
        2-3-2 重量與重力
             2-3-3 質量、重量之區別
                  2-3-4  視重與實重        
                       2-3-5 重心與力之平衡
                            2-3-6  大氣壓力
                                 2-3-7  人造衛星

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2-3-6  大氣壓力

壓力是什麼？  壓力是不是力？

問題：
1. 同一個人穿高跟鞋與穿平底鞋踩在軟泥地上，何者容易陷入泥內動彈不得？
2. 以原子筆之尖端、底端，分別戳手掌，何者手掌會刺痛？
                            

由上例可知，同樣的正向接觸力時，其壓力與接觸面積有關，

我們將垂直於接觸面上每單位面積承受之力定義為壓力強度(pressure)。
壓力的單位   

馬德堡半球
 1654年的馬德堡半球實驗是顯示大氣壓力的最有名實驗之一。當時德國馬德堡市長給呂克（1602-1686），他把兩個直徑為55公分的銅製半球合在一起，利用他發明的抽氣機，將球內的空氣抽除，結果強大的大氣壓力，將兩個半球從各個方向緊緊地扣在一起，即使在銅球的兩邊各出動八匹馬，仍無法將兩個半球拉開

大氣壓力的成因

地球周圍的大氣層厚度，從地球的表面向上延伸至數百公里以外，因受地球引力的作用，絕大部分的空氣聚集在離地約32公里高的範圍內。

假想有一個截面積為A的空氣圓柱，其高度延伸到大氣層的頂端，圓柱內的空氣總重量為W，則在地球表面上所承受的空氣壓力為 這個壓力稱為大氣壓力。

大氣壓力有多大
 上述空氣柱內的空氣密度顯然不均勻，而且也無法確切地定出它的高度，因此我們無法估算圓柱內空氣的總重量，大氣壓力也無從得知。

1644年，義大利科學家托里切利（Evangelista Torricelli，1608-1647）設計了一個簡單的實驗，可以測量大氣壓力，稱為托里切利實驗。

他將長約1m、內徑約0.5cm、一端封閉的玻璃管灌滿水銀，然後用手指按緊開口端，倒轉玻璃管鉛直浸入水銀槽內。

放開手指後，管內水銀柱會下降至某一高度後停止，其上方騰出的空間，因空氣已完全排除，成為真空。稱為托里切利真空

由於圖中C和D兩點位在同一水平面上，所以管內水銀柱在C點處的液體壓力P，等於在D點處的大氣壓力P0。因此我們可以用管內的水銀柱高度來表示大氣壓力。

在海平面的大氣壓力，約等於76cm水銀柱高的壓力，因此定義一大氣壓 
                      1 atm＝76 cmHg ＝ 760 mmHg

設圖中水銀柱的高度為h，截面積為A，水銀密度為d，則管內水銀柱的重量為 
        W ＝ m g ＝（Ahd）g
 水銀柱在C點所造成的液體壓力為     

已知水銀的密度為13.6g／cm3（＝13.6×103kg／m3），利用上式，我們可得一大氣壓的量值為

1 atm＝76 cmHg ＝ 760 mmHg
    ＝0.76m × 13.6×103kg／m3 × 9.8m／s2
    ＝1.013×105 N／m2＝10.1N／cm2
      ≒1公斤重/ cm2

以一成人全身表面積約一萬平方公分來算，身體承受大氣壓力的總力約為一萬公斤重。但是我們沒有被壓垮，也沒有什麼受壓的感覺，那是因為我們體腔內外所受的大氣壓力相等，彼此抵銷的緣故。

想一想：在外太空漫遊，卻沒穿太空衣，會如何？

在氣象學中，大氣壓力以帕（pascal，記為Pa）為單位。一帕定義為1N／m2。一標準大氣壓相當於1013百帕（毫巴）。

人類攀登高山，常感覺呼吸困難，甚至造成耳膜破裂，鼻孔出血;與平地相比較，也有燒開水容易沸騰而溫度不高，食物久煮不熟等現象，究其原因這完全是因為高山大氣壓力較低的緣故。

補充問題：
 影響液體沸點高低的原因是什麼？何謂液體蒸汽壓？蒸汽壓與溫度有何關係？

補充觀念：
 氣體壓力有兩種，大氣壓力與密閉容器內的氣體壓力，此兩種情況壓力來源不同。
 大氣壓力來自於大氣層的氣體重量。
 密閉容器內的氣體壓力來自於容器內氣體碰撞器壁的結果。

大氣壓力的方向

空氣是可流動的，因此大氣壓力的作用方向不只是向下，它對各個方向，例如向上、向右、向左等，都會有壓力的作用。

（所以大氣壓力四面八方包裹著你，如同你潛在水中一樣，水壓也是四面八方包裹著你）

大氣壓力的生活應用

1. 在盛滿水的玻璃杯杯口上，覆蓋一張塑膠薄片。當玻璃杯倒置後，杯中的水不會流出，這是因為大氣壓力作用在塑膠片的向上力超過杯內水和塑膠片的重量。（秘訣：不能讓空氣進去）

2. 用吸管可以啜飲果汁，是因為管內的空氣被吸掉一部分，造成吸管內外的壓力差，管外的大氣壓力將果汁壓入吸管內。

3. 塑膠吸盤可以固定在平滑面上，是因為塑膠盤被壓縮時，排除部分空氣，當吸盤形狀恢復後，造成盤內外的壓力差，盤外的大氣壓力將塑膠盤緊壓在平滑面上。

4.大氣壓力隨離地高度的增加而降低。在地表附近，每上升100公尺，氣壓約降低0.8公分水銀柱高，因此氣壓計可用來估計離地的高度。

5. 陰天時，空氣中的水氣凝結，大氣的壓力會降低。晴天時，由於地面上的水分被蒸發，大氣壓力會升高。因此氣壓計也可以用於預測天氣的晴雨。

想想看：

1.   為何一般小茶壺的蓋子上都打一個小洞？如果把小洞按住，茶是否仍會流出？

2.   養小鳥時，提供鳥喝水的裝置如右圖所示，為何如此的設計在鳥喝水之後，應見到水盤內的水位慢慢降低，但是水盤內的水卻仍舊常保不缺呢？
 ANS：當水位略低於瓶口之下時，瓶內的水會下降來補充水盤內的水，而此時瓶內的壓力略小於大氣壓力。

3. 灌內水上方之空間是真空或非真空？

問題：如果容器上方裂了一個縫，會如何？   為何？