真空,听起来像个玄乎的词,仿佛是把空气全抽走了,世界就空荡荡的。但站在地面上,你大约得先搞清楚,啥叫“真空”。别被那些科普书上的“绝对真空”吓到了,那玩意儿在地球上根本找不着,连个分子都留不住。现实中我们碰到的真空,实际上就是大气压被抽走了大半个体。
你想想,一口拔盖的可乐,瘪了大半,头一扎,能蹦跶两圈,这就叫真空。
这时候可乐里的液体没散掉,但空气跑光了,剩下的就是水蒸气。
这时候空气密度低,重量就轻,略微一推,它就能飞起来。就像那些瘪软的纸团,轻轻一捏就扁了,出于里面没压力撑着。 大量人认定穿真空服能飞天,这实际上是个误解。你穿上那种特制的服子,确实是把皮肤外面的空气压得跑光了,你的肺部能吸到点“空气”,但这点气能撑住你吗?肯定撑不住。人活着,靠的就是空气里的氧气,要是真空服把氧气也抽干了,那还是死了,多难受啊。
故此,当我们在聊聊“真空”的时候,我们实际上是在聊聊“没空气”的状态。一旦没了空气,水挺好办裂开,这就是为啥火车站台上放个水盆,上面放个盘子,水一倒,盘子瞬间湿,水盆也湿了,出于没空气压,水就受了不住。 那啥才是真正的真空呢?物理学里有个概念叫“绝对真空”,指啥也抽不走的,连个分子都没有。
这个状态在宇宙深处可能有,但在地球大气层里,我们得先上一层“手套”。戴上手套就是抽真空,抽到啥程度?抽到多少?这得算细账。
比如你抽一口瓶子,那是抽到多少?抽到多少压强?这得看瓶子的体积多大,抽啥气体。气体分子多,抽多少?抽的压强跟分子密度成正比。
一般来说,标准大气压是 1 个标准大气压(101.325 kPa)。抽成真空,是指把你手伸进去,感觉到空气不见了,但手指头还是凉凉的,说明还有空气分子在那游荡。
这时候要是把你伸进去的一小撮空气再抽走,你就达到了真空状态。
这时候气压大约是 1 个大气压的千分之一。 咱们再聊聊那个著名的灯泡实验。
那个老牛灯里的灯泡,抽了真空,里面没空气,结局灯泡一开,老牛就跳出来了。
为啥?出于你把空气抽没了,灯泡里的空气就少了,压强变小了。老牛身上背着个空气包,空气重量沉甸甸的,压着他。当灯泡里的空气被抽走大半,压强变小,老牛身上的空气包就轻了,它只能往高处跑,跑着跑着,连灯泡都跑到了天上。
不过呢,这灯泡里还有一点点残余的空气,故此老牛还没飞远,只能跳半截。
要是连那点空气也抽光,那老牛就得飞得更高了。 实际上啊,真空这东西,和空气也有点像。空气也是看不见摸不着的,就是出于它有压强。当你把水抽干了,水没了,你就认定空了。但水还是水,还是液态的。空气抽走了,依然是空气分子在游荡。
故此真空不是“空”,而是“无空气”。
这就像你开车,车是空的,但里面还有油、有橡胶圈、有发动机在跑,这叫“空气”。车里没有空气了,那叫“真空”。 在工程上,我们有时候会用到“微真空”。
比如真空镀膜,要在玻璃上镀一层膜,得有个环境。
这时候空气得抽走,但还没抽到那种能飞老牛的真空,这叫微真空。
这时候压强比标准大气压小大量,比如千分之几,要么万分之一。
这时候要是操作不当,空气分子还是可能会干扰到你。
比如你在真空室里做实验,突然有个分子动了,差点把你的实验数据给推翻。
故此,真空室一定要密封好,连个缝隙都不能有,不然漏气,就成不了真空了。 再说说日常生活里的真空。你喝汽水,打开盖子,汽水冒泡,气泡往上顶,这是真空吗?不是。汽水里溶解了二氧化碳,打开盖子,二氧化碳跑出来了,你喝进去的二氧化碳就变少了。
这时候汽水里的压强变小了,里面的水蒸气想跑出来,就冒泡了。
这冒泡的地方,实际上就是低压区。
要是你把一个杯子装满水,然后抽气,水面上升,杯子里就形成了真空。
这时候水面上方的压强就小于杯子内部的压强,水就会往上顶,直到杯子里没水了,要么压强平衡为止。
这实际上是个挺好办的物理现象。 不过,大家可能听过那个阿基米德原理,说水里的物体浮力等于它排开的水的重量。
这个原理在真空里还能用吗?能,但要注意。悬浮在真空里的物体,浮力等于啥?等于排开空气的重量,等于空气的密度乘以位移体积。
故此,要是在水里,浮力挺大,物体好办飘起来。在真空中,浮力就没了。出于没空气,没空气的密度,也就没浮力。
这时候重力就起着主导功能。
比如气球,在地球上,气球是个大胖子,出于它有空气,空气给了它浮力。
要是气球里的氢气球,你把外面的空气抽走,气球就会变轻,最终飘走。
这是出于气球比空气轻,在真空中,它不受浮力,只受重力,故此会掉下来。
这就跟阿基米德原理讲的不一样。 那在忒空中呢?忒空实际上也是个真空环境,要么说接近真空。宇航员在忒空中,连空气都没有,故此他们务必穿那种真空服。
这时候,宇航员在忒空里,没有空气,故此不用呼吸?不对,得用氧气。出于宇航员要供氧,供氧是消耗空气的。
要是忒空中连氧气都没有,宇航员就得自带氧气罐。就像你坐飞机,飞机舱里有空气,你吸进去氧气。在忒空,你就不能随意吸空气,你得带氧气。 实际上啊,真空的原理,归根结底就是压强的难题。
没有空气,就没有压强。
没有压强,物体的状态就会变。水会裂,气体会跑,物体会把压力释放出来。
这就是真空的原理。它不是魔法,不是鬼,就是物理学里的基础概念。你学物理,学这个也好,了解它也好,就能明白为啥有些东西在真空中会飞,有些东西在真空中会塌,为啥宇航员要带氧气。 最终再说说个例子。
你看那个火箭。火箭在大气层外,周围是真空,它喷气。喷出来的气,速度挺快。喷出来的气,速度越快,反功本事越大。
这个反功本事,就是让火箭飞起来的。火箭在真空中喷气,出于真空中没空气,故此火箭的尾翼不偏转。
这跟水里飞不一样,水里飞能够靠尾翼偏转。在真空中,只能靠反冲。火箭的原理就是牛顿第三定律,你喷气,气就冲你,你冲火箭,这就是真空中飞行的原理。 故此说,真空,就是空气没了,压强小了,物体状态变了。
这听起来好办,实际上挺复杂的。它解释了为啥水会裂,为啥气球会飘,为啥宇航员要带氧气,为啥火箭能飞。
这不只是个物理名词,它是大自然的一个常态,也是人类探索宇宙的一个常态。在地球上,我们总认定世界挺繁华,空气是满的。但一旦抽走空气,世界就宁静了,与此同时也变味了。
这大约就是真空的魔力吧。