这个问题呢,虽说答案很简单,但有一个特别有趣的概念。我们经常会混淆!
大气压:马德堡半球实验
上小学的时候,大家都学过这么一个物理实验,相信大家肯定是记忆犹新,那就是马德堡半球实验,这个实验是1654年由奥托·冯·格里克做的,虽然他当时身为马德堡的市长,按现在的话来说那真实身居要职,生活无忧,但人家有一颗崇尚科学的心。
当时的人们并不相信有大气压这个玩意存在,我们生活在地球上,从一诞生周围都充满了空气,毫不夸张的说,要是不刮风,不呼吸,我们完全都感受不到空气的存在。所以感受不到大气压也很正常。
最先提出有大气压的是意大利的托里拆利,他也是伽利略的晚年的学生和助手,当他提出大气压时,受到了不少人的嘲笑。当时人就觉得这不胡扯呢,这么大的压力,怎么感受不到呢?于是奥托·冯·格里克就做了一回愤青,为托里拆利正名!这就是马德堡半球实验的来历。
那么大气压怎么来的?
首先看下大气压强的公式:ρgh!很明显就能看出来大气压的力是由万有引力提供的,就是哪个重力加速度g。如果把同样高的空气放到别的星球,产生的压强也会不一样。
现在想象一下我们潜水时的感受,在水的表面,我们可以说感受不到任何来自水的压力,但是我们越往深处,感受到的压力就越大,这说明这个力是会随着深度的增加而增加,而且力的方向是和万有引力方向一致。这也解释了为啥水不会跑到空气里(貌似是个废话)。跟空气不会逸散到太空一个道理。
那么真空为何“吸不走空气”?
这个问题的答案确实是引力的作用,这没有问题,但这个问题的答案并不是“因为引力比吸力更强”。实际答案是,空间的真空根本不会对大气施加任何力。它不会“吸入”空气。我们将“吸”一词与“真空”联系起来,这有点用词不当。就没有吸力这么一说。
考虑一个例子,我们将一个盒子里的空气全部抽出,并在其中创建真空。假设我们在地球上的海平面上,在盒子上戳一个洞,接下来会发生什么?
空气将涌入盒子并填充满真空。但这是为什么呢?空气为啥会跑进盒子?是因为真空将空气吸入盒子吗?不是!实际发生的情况是,盒子周围的大气压迫使空气进入无压力的空间。
还有我们经常使用的真空吸尘器永远不会“吸入”空气。而真正的力是外部的压强,讲空气推入气压低的区域。
在地球的整个大气中的气压并不均匀。海拔越低,气压越高;因此,当我们向上移动时,气压会降低。实际上,在大气的上限,气压已经基本将到了零。由于在大气边缘没有真正的气压可言,因此也就没有力将空气推入空旷的真空。
当然这一切都是引力在起作用。是引力在吸引大气,压缩大气并产生压力。如果我们能够神奇地停止地球的引力,那么大气将会瞬间从压缩状态释放重力势能,并从地球上快速弹开。因此,从根本上讲,引力是使大气层保持在地面唯一的力。
虽然在大气边缘没有外力将空气推入太空,但引力也对哪里的大气分子控制能力十分微弱,当太阳风的带电粒子与大气粒子发生碰撞时,会赋予边缘大气分子足够的动能,发生逃逸。因此大气也在向太空逸散,不过这并不影响我们地球的大气总量。