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大气压强的存在,必然依赖“重力” 精选

已有 9026 次阅读 2016-1-25 16:46 |个人分类:科普|系统分类:观点评述|关键词:大气压强,重力| 重力, 大气压强

刚刚看到张江敏老师的博文“一个流传甚广的谬论:大气压强是大气重力造成的吗? http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=100379&do=blog&id=952415

 

文中提及了刘全慧老师在《热物理教与学随笔集》中的一句“语不惊人死不休”【这似乎可以算是他老人家的一种论断风格】的“雷人”论断“大气压强不是大气重量造成的”。这话若是作为某道中考题的“标准答案”是绝对可以“吓死宝宝”的。恰巧这个问题我也偶有思考,所以也掺和一下,说说自己的观点。在我看来,更准确的表述,似乎应该是——

大气的压强不是由于大气的重力产生的,我们感受到的“大气压强”却又必然依赖大气的“重量”(重力)

回忆当年我在受过中学物理教育接受的“大气压强”概念,其实是个流体力学的概念,而且它的出现也完全符合流体力学的需要和规律。我们当时(中学物理和普物力学)所学的流体力学知识中,其实面对的是被简化的比较理想“流体”,处在与热现象完全割裂的语境之中,因此并不需要考虑热运动对流体力学的影响和随之而来的各种问题。因此,通常人们在简单地使用“大气压强”这个概念、分析相关现象时,很多时候似乎都可以用流体力学的概念,此时由于气体压强产生的微观机制(气体分子热运动所产生不是显然的和必须的换句话说,用某一层面上方的大气层重量作用在这个层面上的压力除以面积就可以来估算大气压强,用用气体密度在不同高度的分布数据即可开始积分运算。至于这些气体如何做无规则热运动、温度多高、气体分子数密度到底是多少,根本无需知道。热学此时似乎是“至则无可用放之山下”的“黔之驴”。

待到大家换个地方分析“气体压强”的产生问题时就会发现,热运动的效应其实是“庞然大物也”,须“神视之”(也要审视之)。事实上,由于存在热运动,在失重状态下的密闭容器中装有一定温度的气体,也会存在气体压强,这种气体压强是完全由于热运动分子对器壁的冲量产生的,换句话说气体压强是碰出来的而不是靠重力压出来的,可以说与“重量”无关,因为此时已经根本没有所谓的“重量”了。但是,如果在我们因此而做出“大气压强不是大气重量造成的”论断,并“拍案叫绝”、一巴掌把并不坚固的器壁煽出个大洞的时候,容器内的气体分子会“一哄而散”转眼之间飞散出去(假如外面是真空),气体压强就根本无法稳定存在

看了上一段最后一句话,大家应该明白重力在大气压强中所扮演的重要角色了吧?如果没有“重力”,就无法实现对大气层中气体分子的有效约束,无法形成并保持大气层的温度存在,因此大气压强必然依赖于大气的“重量”(重力,更准确表述是地球的引力)。

 

事实上,地表的气体分子要想真的摆脱地球的束缚奔向浩渺的太空是很不容易的,因为地球的引力的存在,它在达到大气层边缘后的运动速度至少仍要高于第一宇宙速度。(《物理学难题集锦》里面就有这么一道题。)


另外,关于我们每天从气象台网站上看到的当地大气压强数据为何常常不同这个问题,我会抽空专门写篇文论述。

 




http://blog.sciencenet.cn/blog-111635-952431.html

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