壓力（大氣壓力與深海壓力之間的類比）

壓力（大氣與深海）


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我們平常就住在『深海』的底部，也就是大氣層所形成的『空氣』海。

就好像水底受到上層的水所受重力的影響，在水底越深則 水壓越大。
在『空氣海』的底層，所有大氣層中空氣所受重力也壓迫著我們，
也就是『大氣壓力』的來源。
較大的不同是『水』較不易受壓縮，深海中水的密度增加不多。
但是空氣密度隨著高度的增加而逐漸減少。
在地表附近 一立方公尺的空氣重量約為 1.29公斤重。沒錯！就是有那麼重！
不妨估計一下教室裡的空氣約有多重，保證讓你嚇一跳！
由於大氣層的重量造成地面的大氣壓，其大小約 每平方公分 1.1 公斤重。

若 估算一下地球的表面積，則可以估算 整個大氣層所受的『重量—地心引力』。


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當你打開汽水時，會發生有很多氣泡產生。

這是因為糖水在高壓的環境下，被灌入大量的氣體（二氧化碳），而形成汽水。
還是該說 『氣水』更貼切呢！（高壓下二氧化碳會溶於水中）

當你打開瓶蓋，高壓的氣體膨脹後與大氣壓力達成平衡。
當初那些在高壓力下，硬被擠入水中的二氧化碳於是開始跑出來，

而形成上升的氣泡。
當潛水夫 開始潛水時，每潛下約 10 公尺 便增加相當於一大氣壓力的水壓。
於是我們吸入體內的空氣也有少部份逐漸溶於 身體內的水中。
潛水越深，溶入的水中的空氣密度越大。

在20公尺深的水底時，氮氣會像二氧化碳溶於汽水中一樣的溶於身體內的溶液中。

當潛水夫 逐漸浮上水面時，溶入身體內溶液中的空氣就好像 可樂或汽水裡的空氣
也會逐漸 轉回氣態 ，也就會在體內（血液或皮膚內） 形成氣泡。
若是 上浮的速度太快，肺部無法將 形成的空氣泡 排出體外，
而被困在 肌肉、骨骼或關節中，將造成極大的疼痛。
若是在腦部內形成氣泡無法排出，則溶液使人癱瘓甚至死亡。

潛水夫症 便是這樣形成的。

所以 上浮時必須緩慢的改變深度，使得釋出的氣泡 小且緩慢形成而得以排出體內。
當潛水深度越深時，上升所需時間也越長。
由深海上浮時，通常是分段進行的。
約每上升10公尺 休息 10分鐘，等體內適應後再上升另一段。
若在 70公尺深的海底工作一小時至一小時半，上浮的過程需耗費另一個小時。

所以 需要準備足夠的 氧氣。而且在越深的海底工作時，所消耗的 氧氣量越多。

（因為越深的海底壓力越大，氧氣出口的壓力（密度）需越大才能被擠入肺中，

也就是氧氣的消耗量越大！）。

你是否想過 喝汽水 竟然和 潛水 扯上如此的關連性！


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1956年時 英國海軍 george wookey 潛入約182公尺海底，花了約 12小時 回到海面。

1960年時 hannes keller 發現將 氧氣、氮氣與氦氣以某特定比例混合

可以減輕潛水夫症的發生。1961年他潛入230公尺海底只花了 1小時便浮出水面。
但是在另一次和朋友 Peter Small潛入 310公尺的深海後發生意外，

他雖然倖免但是 Small卻罹難了。


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長頸鹿有著長長的頸子，頭部離開心臟約 4公尺。

因此需要有很強的心臟才能將血液輸送到腦部。
其實它的腦部也需要能夠承受 低頭喝水時，5-6公尺高度變化所需要的壓力調節。


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作者：國立台灣師範大學 物理系 黃福坤