空气还能影响心情?是的!空气很有料!

2020年12月15日
走到室外,我们的头顶实际上承受着从头发开始,到地球大气层边缘所有空气的重力,这个压力有多大呢?一个标准大气压强为1.013×105帕,假设我们头顶面积约0.1平方米,那我们每人受到约10000牛顿的力,相当于两头狮子的重力压在头顶。但是我们的口鼻可以呼吸,体内不是真空,体内也有大气压力向各个方向施加,所以我们不会被压扁。
由于长期生活在这样的大气压力下,我们已经适应了气压的存在,几乎感受不到压力。虽然严格来讲,不同的时间有不同数量的空气分子撞击你,但由于数量实在太大,这种小小的差异无法体现出来。
假如局部的空气压力不一致会怎样呢?在此我们只讨论几个已有的研究:
阴晴冷暖/心情好坏
大气压强不一致说明一个区域的空气压强大,而另一个区域的空气压强小,这会导致空气从压强高的区域流到压强低的区域。我们最直接的感受就是刮风。天气预报主持人提到的“高气压”和“低气压”是各种天气变化的主要原因,例如高气压控制的区域不利于云雨的形成,常常是晴天。人们常说的秋高气爽中的“高”也是指秋天的气压,相对于其他季节而言,更高一些。那为什么秋天会觉得“气爽”呢?
气旋和反气旋的形成
左:低压时有上升的温暖潮湿空气,形成多云天气
右:高压时有下降的凉爽干燥空气,形成晴朗天气
气压变化不仅仅影响天气的好坏,更是我们赖以生存的条件。我们通过胸肌的扩张与收缩,控制肺部的气压。当胸肌扩张时,肺里的空气压降低,让富含氧气的空气进入;当胸肌收缩时,肺部压强增大,体内的空气呼出。在高气压控制的秋天,空气中的含氧量更加充足人们可以降低呼吸的频率,因此会觉得更舒服。反之,在低气压控制的下雨天,人们会感到憋闷,就是因为空气中的含氧量低,呼吸频率需要增加。在高原地区,空气含氧量低,人们会出现高原反应也是因类似的原因。
呼吸时胸部的运动
御风而行
空气的压力变化与流速有关,这就是大名鼎鼎的伯努利原理:在水流或气流里,流速大的地方压强小;流速小的地方压强大。因此,科学家们通过控制流速掌握了飞行的秘密。
飞机飞行时机翼周围的空气具备流线分布,由于机翼横截面的形状上下不对称,机翼上方的流线密,流速大,下方的流线疏,流速小。因此翼面下方的大气压强大于翼面上方的大气压强,产生向上的托举力;并且速度越快,托举力越大
在真实的飞行器设计中,需要考虑的因素很多,例如摩擦阻力、压差阻力、空气粘滞性等。为优化飞行器的形状,得到高效运动飞行器,科学家们在风洞实验室以人工的方式产生并控制气流,用来模拟飞行器周围气体的流动情况,并量度气流对实体的作用效果。此外,近年全球流行的室内跳伞,也是利用这一原理——在不使用飞行伞、滑翔翼等飞行器的状态下,借由垂直产生的气流,就可以在空气中飘浮飞行。
来源:知识就是力量公众号