【题】如图所示,假设人体的表面积为2平方米,那么人承受的大气压力会达到20吨吗?
【解】讨论人体是否能承受住20吨重的大气压是没有意义的——这种观点是许多教科书和科普读物所持有的。而现在我们可以先看看这20吨的压力是从哪里来的。下面通过运算:身体表面受到的压力是1千克/平方厘米,而身体的表面积有20 000平方厘米,由此可得出总重量就等于20 000千克。但是,附着在身体不同点上的力作用的方向是不同的,而从算术角度来看,这种运算即把这些互成角度的力相加求和是没有意义的。这个问题是我们完全忽视了的。当然求这些和我们可以通过矢量相加的方法,可是所得的结果却和上述是完全不一样了:身体内部空气的重量就是所有压力的合力。假如分析的是身体表面压强的大小而不是这个合力的大小,那么就只能得出这个结论——身体所受压强为1千克/平方厘米。以上是对我们身体所受到的大气压做了浅显的分析。
因为这个压力是靠内部压力来平衡的,所以它容易发生改变,而且实际上这个压强的绝对值只有10克/平方毫米,并没有想象中的那么大。由此我们就明白了来自两个方向上的压力并没有把我们身体组织的细胞壁压坏的缘由了。
想要更为科学地达到大气压的值,我们可以换一种方式提问。如下:
对身体上部,大气压施加的力会有多大?
对身体左右两侧,大气压施加的力有多少?
解决第一个问题我们需要计算出约1 000平方厘米的身体横截面所受到的总压力,得到的结果是1吨。解决第二个问题是先要确定约5 000平方厘米的身体纵截面所受到的总压力,得到的结果是5吨。虽然得出的数字大得惊人,但是1平方厘米的身体截面受到的力也就是1千克。所以实际结果并不比我们曾经了解到的大,这只是同一结论的表述不同而已。
如图所示,将单位压力换为总压力在上述情况下是没有意义的。而只有在总压力是一个运动的力这种情况时才是适当的,比如说蒸汽施加给蒸汽机汽缸中的活塞的压力。但是类似的算术练习在应用到人体上时是没有意义的。