1.1 大气

1.1.1 大气压

晴朗的天气，仰望过去，看到的是一片蓝蓝的天，蓝蓝的天其实就是阳光下的大气层，如图1.1.1所示，这层厚厚的、包裹着地球的大气层填充的都是空气。空气是有质量的，我们身体周边的空气会被头顶上方的空气压着，形成大气压。在生活中，若把吸盘压在玻璃或瓷砖上，挤出里面的空气，我们发现吸盘很难拔下来，这是因为大气压把吸盘紧紧地压在玻璃或瓷砖上。

实验探究：大气压的力量

实验器材： 一个玻璃杯（杯子高于蜡烛的长度）、一支蜡烛、点火器、水、盘子。

实验过程

把蜡烛竖直粘在盘子的中央，然后在盘子中加入适量的水。点燃蜡烛，最后将杯子倒扣在蜡烛上，如图1.1.2所示。仔细观察水面和蜡烛会发生什么变化。

现象与结论

可以看到杯子里的水面逐渐上升，过一会儿蜡烛熄灭了。蜡烛刚刚熄灭后，水位还会继续上升一段时间。

蜡烛的燃烧消耗了氧气，当蜡烛将杯子里的氧气消耗完以后，蜡烛就熄灭了。因为杯子里的氧气被消耗了，杯子里气压就会减小，而杯子的外面是大气压，大气压就把盘子中的水“压”进了杯子里，就好像水被吸进了杯子里。

想一想： 蜡烛刚刚熄灭后，水位为什么还会继续上升一会儿呢？

气压真的会“吸”吗？

我们在呼吸空气时会用到吸，在用吸管喝水的时候也会用到吸，这里的吸是我们对空气、水的一种作用和体验。

当我们用吸管喝水时，只要轻轻地吸一下，水就会通过吸管流入我们的嘴里。事实上，我们所谓的“吸”其实是大气压在“压”，当我们用力吸时，口腔和吸管内的气压会变小，形成低压区，而大气压有个特点，它是把气体、液体等物质从高压区“压”进低压区。在用吸管喝水的过程中，大气压就是通过吸管外的水面把水从高压区“压”进吸管和口腔内的低压区，如图1.1.3所示，这里的高压指的是吸管和口腔外面的大气压，而大气压“压”的过程就是我们所谓的“吸”。

倘若我们在吸管的中间戳一个较大的孔，那么即使我们用劲全身的力气去吸，也无法把水吸上来，原因是在吸的过程中，吸管外面的空气会不断地从洞口进入吸管，吸管内形成不了低压区，大气压也就无法把水“压”上来。

由于在表述时“吸”比“压”更形象，更易于理解，所以后面的表述中会依然用到“吸”，大家只需要理解：气压不会“吸”，只会“压”，“吸”是气压“压”的一种表现。

1.1.2 空气的黏性

在自然状态下，所有的气体、液体在流动的过程中都存在一定的黏性，例如，向一个杯子里倒入水，另一个杯子中倒入蜂蜜，当我们分别用一根筷子搅动时，会发现蜂蜜比水搅动起来阻力更大、更困难一些，这是因为蜂蜜的黏性比水要大。其实我们在倾倒蜂蜜的过程中也会发现，蜂蜜比水更加黏稠，如图1.1.4所示。空气也有黏性，只是空气的黏性太小，不容易被我们察觉，我们可以通过实验来感受空气的黏性。

实验探究：流动空气的黏性

实验器材： 3～10根细的吸管（图1.1.5）、透明胶带。

实验过程

先取一根吸管，将一根吸管的一端放入嘴中吹气；然后把两根吸管用透明胶带加长后再吹气，如图1.1.6所示；之后依次逐渐加长吸管并进行吹气实验，感受吹气过程中阻力的变化。

现象与结论

随着吸管的不断加长，我们发现对着吸管吹气越来越费力。这是因为吸管越长，吸管的内壁与气流接触面积就越大，吹气时遇到的阻力就越大，阻力的存在说明流动的空气具有一定的黏性。

1.1.3 气流

实验探究：风的形成

取一张正方形的纸，在纸上画上螺旋线，然后沿着螺旋线剪开，从中间把螺旋形状的纸用细线悬挂起来，在纸的下方点燃一支蜡烛，如图1.1.7所示，观察实验现象。

通过实验可以看到，当蜡烛点燃时，螺旋形状的纸条会旋转起来。移出纸条，将手掌置于蜡烛正上方较高的位置，也能够明显感受到上升的热气流。这是因为空气受热膨胀，热气流上升所致。

风是地球上的一种自然现象，由太阳辐射引起。如图1.1.8所示，太阳光照射在地球表面，由于地面受热不均，使得地表的部分区域温度升高，空气受热膨胀变“轻”（密度变小）而往上升。热空气上升后，远处温度较低的空气横向流入进行补充，这就产生了风。

例如，在太阳光的照射下，由于城市建筑群密集，柏油路和水泥路面较多，再加上城市的能量消耗大，产生的热量多，城市中的空气温度上升快，郊区的空气温度上升慢。在白天，城市中空气的温度高于郊区空气的温度，城市中的空气受热膨胀变“轻”（密度变小）而往上升。热空气上升后，周边郊区的相对低温的空气流入，就形成了由郊区吹向城市的风，这种现象也叫作城市热岛效应，如图1.1.9所示。

太阳辐射是大气最主要的能量来源，在清晨之前，大地经过了漫长的黑夜，地面把白天吸收的太阳辐射的热量已经释放到空气中，因此清晨的大气相对来说是比较稳定的。这也是训练航空模型的较好时机。

太阳升起后，随着太阳的升高，辐射的热量逐渐增强，地面吸收的热量也越来越多，由于地表受热不均匀，就会产生上升气流和下降气流。

由于地表材质不同，地表温度上升的快慢也不同，例如，水泥地、沙地受太阳照射后温度上升较快，而草地、湿地、田地以及云朵遮盖区域的温度上升慢，所以在水泥地、沙地上空会形成上升气流，在草地、湿地和田地上空会形成下降气流。

在傍晚时分，太阳辐射减弱，地面以散发热量为主，整体来说，傍晚的气流相对平稳。所以傍晚也是训练航空模型的好时机。

地面的风来自不同的方向，气象学上把风吹来的方向规定为风向。例如，风来自东方，就是东风，风来自南方，就是南风。正确的风向判断有利于航模的放飞，可通过手抛轻小的物体，例如树叶、羽毛等，也可以通过观察旗帜或丝带的飘动方向。

风也有大小，即风前进的速度，风的大小可用风速表示，使用风速仪可测量风速，如图1.1.10所示。在生活中，很多时候我们并不使用风速仪测量风的大小，而是通过一些现象大致判断风速。

对风的大小进行分级，就是风的等级，简称风级。一般情况下，可分为13个等级，最小为0级，即无风状态，最大为12级。不同大小的风吹到物体上会表现出不同的效果。根据风吹到地面的物体上或水面所产生的各种现象，我们能够初步判断当前风的级，如图1.1.11所示。

1.1.4 层流与湍流

空气有秩序地分层流动称为层流，如图1.1.12所示。在室内的无风环境下，点燃一支香置于桌边，香燃烧冒出的青烟在起初阶段是竖直向上稳定地流动，这就是层流现象，在后期青烟开始紊乱流动，就变成了湍流（气流流速越快，越容易形成湍流）。轻轻地打开水龙头，流出的细小水流也可以看成层流。

空气的不规则运动称为湍流，它是空气间相互摩擦或是空气沿粗糙不平的表面运动形成的，大气中的湍流主要发生在低空区域，例如，在顺风的楼房前后会形成湍流，如图1.1.13所示。湍流会对航空模型产生很多不利的影响，我们在放飞模型时需要避开，在飞行训练时要选择好飞行路线，让飞机飞于高处，同时避开高低不平的地面，远离房屋、树木等障碍物，防止模型进入湍流区域。