力的效應及力的方向性
物體的重量與力的重力單位
力的類別
力的測量方法
兩力平衡及其條件
摩擦力和摩擦力的種類
影響摩擦力的因素
摩擦的利弊與減少摩擦方法
大氣壓力
   

一、大氣

1.大氣:包圍地球周圍的空氣層,稱為大氣。
2.大氣層的厚度:可延伸到數百公里以外,但因受地球引力的吸引,99%的空氣聚集在離地面32公里的範圍內,如右圖所示。
3.空氣離開地面愈高愈稀薄,即空氣的密度隨海拔高度的增加而減少。

二、大氣壓力

1.成因:空氣具有質量,且受到地球引力的作用,因此大氣壓力是由於大氣層的重量壓在地球表面上引起的。
2.吾人不覺得有大氣壓力存在的理由:平常我們不覺得有大氣壓力的作用,是因物體的兩對面(或內、外面)同時受有大氣壓力的作用而互相抵消的緣故,如將物體一面或內部的空氣抽出,即顯出大氣壓力。
3.大氣壓力的性質:氣體比液體更容易流動而變形,下層的氣體受到上層氣體重量的壓迫而向四側擠壓,因此如同液體一樣,也呈現有向上的壓力和向側面的壓力。即大氣壓力並沒有特定的方向性,對其所接觸面的垂直方向上都施有壓力。
4.大氣壓力的實例及應用:

(1) 覆水不落:廣口瓶裝滿水,用一張紙片蓋住瓶口,壓緊倒轉,放手後發現紙片不會掉下來,廣口瓶內的水也沒有流出來,收集二氧化碳時,將廣口瓶裝滿水後,倒放在水中,廣口瓶內的水也不會流出來,這表示一定還存在著其它壓力,來支撐水壓,這個壓力的來源就是大氣壓力。
(2) 吸塵器能夠吸取灰塵。
(3) 用移液管取出液體。
(4) 運用吸管吸取汽水、果汁。
(5) 瓶子內空氣抽出時,水即自動流入。
(6) 鋼筆吸裝墨水等。
(7) 餵雞鳥的水槽,如右圖。
(8) 滴管吸水。
(9) 廢罐中空氣抽出後,罐壁立刻凹陷。
(10) 抽水機。

5.大氣壓力的抵消:欲使密閉容器內的液體順利流出,必須設法消除大氣壓力的效應。如茶壺蓋上、鋼筆套管、原子筆套管上都開一個小孔,或開牛乳罐頭一定要在罐頭上至少鑿兩個洞,方能使茶水、墨水或牛乳順利流出,均為使內、外兩側大氣壓力相等,而互相抵消。

三、大氣壓力的變化:大氣壓力會隨時間或地點的不同而發生變化。

1.大氣壓力等於空氣柱的重量除以空氣柱的截面積,因為空氣柱的重量隨高度的增加而減少,故山腳下壓力應比山頂上大氣壓力為大。
【註】約略自海平面算起,每增高100公尺,大氣壓力約減少8公厘高水銀柱的壓力。(即每增高12.5公尺,大氣壓力約減少1公厘水銀柱。)
   《公式》h公尺高度的氣壓=地面的氣壓-h/12.5 mm-Hg

【說明】上述只是個近似值,高度約超過4000公尺時即不適用。
2.大氣壓不但隨高度的改變而改變,亦由於空氣流動,在不同時間內而變化。
3.晴天的氣壓高,雨天的氣壓低,此因陰雨天空中水蒸氣較晴天為多,而水蒸氣又較空氣輕,故大氣重量輕,氣壓就低。

四、大氣的重要性

1.地球表面附近的空氣供給我們呼吸所必需的氧氣。
2.距離地球約四萬公里遠處的臭氧層能阻隔大部分來自太陽的紫外線,使生物免受傷害,故是地球的保護衣。

五、馬德堡半球實驗:

在1664年德國馬德堡的一位市長做了一個有名的馬德堡半球實驗,就是將直徑約36公分的兩個空心金屬半球合起來,再將裡面的空氣抽走,大氣壓力就緊緊的將兩個半球壓住,當時共需16匹馬(每邊8匹馬)才能將兩個半球分開,可見大氣壓力真的很大!

六、大氣壓力的測量(托里切利實驗):

十七世紀時,義大利科學家托里切利設計一個實驗,來測量大氣壓力的大小,他用一根長約1公尺,一端封閉的中空玻璃管,裡面灌滿水銀後倒插在水銀槽中,結果玻璃管內的水銀柱開始下降到某一高度h後就不再繼續下降,即使將玻璃管傾斜,水銀柱的垂直高度也沒有改變,這個高度的水銀柱所產生的壓力,即表示當時的大氣壓力。

1.托里切利管之粗細對於水銀柱之高度無影響(除非管子太細)。 
2.托里切利管傾斜時,水銀柱長度變長,但其垂直高度不變。
3.托里切利管上端為真空,稱為托里切利真空。
4.若以水代替水銀,則其高度為水銀柱高度的13.6倍。
【說明】因為水銀密度13.6g/cm3,為水的13.6倍,所以根據液體壓力公式P=h×d,要支持大氣壓力的水柱高度為水銀柱的13.6倍。
5.當大氣壓力改變時,水銀柱的垂直高度也會隨著改變。

七、大氣壓力的大小及單位

1.一標準大氣壓力(1大氣壓,記為1atm):在緯度45度的海平面上,溫度為0℃時的大氣壓力,可支持垂直高度76公分的水銀柱,我們把能支撐垂直高度為76公分的水銀柱的大氣壓力叫做一標準大氣壓力,記做1atm或76公分-水銀柱(cm-Hg)。即
1標準大氣壓(1大氣壓,或1atm)=76cm-Hg=760mmHg=1033.6gw/cm2

                              ≒1kgw/cm2=1033.6cm水柱高的壓力
【說明】根據靜止液體壓力公式P=h×d,水銀密度=13.6g/cm3
   ∴1atm=76×13.6=1033.6gw/cm2

2.1大氣壓約等於每平方公分面積上受到1公斤重的作用力。
3.水銀柱的高度與大氣壓力的大小成正比,故平常用水銀柱的高度來表示大氣壓力的大小。
4.大氣壓力的單位:有標準大氣壓(atm),公分-水銀柱(cm-Hg),毫米-水銀柱(mm-Hg),及氣象上常用百帕(hpa)(或毫巴,記為mb),其換算關係如下:
   1標準大氣壓力(atm)=76cm-Hg=760mm-Hg
                       ≒1013百帕(或hpa)(毫巴,或mb)