油罐车被压扁的原理,大气压威力究竟有多大

你看这个停在空地上的油罐车,即使被从高空坠落的巨石砸中也毫发无伤,但是只要借助大气压的威力就可以瞬间被压扁。要知道通常为了保证油罐车的安全性,其采用的材料是4-6毫米的钢材,所以才不会被轻易砸扁,那大气压用的又是什么魔力呢?

油罐车被压扁的原理,大气压威力究竟有多大(1)

对于这个问题,其实国外一档验证类节目就曾经就相关流言进行了实验。据说,此前有一位工人在利用蒸汽清洗油罐车内部的过程中,遭遇了天降大雨,于是他在将油罐车的阀门关好之后便回了家,最后意外却发生了,第二天坚硬的油罐车竟然扁成了一片。如果这个事件是真实发生的话,那么就应该是罐体内的热蒸汽,和冰冷的雨水相互影响之下造成的。

于是节目的实验者决定模拟这个实验,但是我们在看实验结果之前,先来做一个小一点的可行性验证,我们拿来一个最常见不过的易拉罐来模拟油罐车,在易拉罐中倒入少量的水,并将它放置在炉子上加热,使其中的水沸腾产生蒸汽,来模拟清洗油罐车时注入的大量蒸汽。随着瓶口冒出的蒸汽越来越多,说明易拉罐内部已经被蒸汽充满。

油罐车被压扁的原理,大气压威力究竟有多大(2)

此时我们用夹子夹起易拉罐,将口用倒置的方式浸入冰水中,很快神奇的一幕出现了,易拉罐瞬间被一个无形的力量压扁。把易拉罐口倒置放入水中就是在模拟油罐车关闭阀门,保持密闭的情况,而浸易拉罐的冰水就相当于淋在油罐车上的雨水。这么看来的话流言似乎有一定的道理,但是为了体现实验的严谨性,有人找来了装汽油的大铁桶做类似的实验,毕竟易拉罐太小太轻薄,不足以有震撼力。

油罐车被压扁的原理,大气压威力究竟有多大(3)

当大铁桶内的水被如法炮制的加热到极度沸腾状态,让热蒸汽充满大铁桶内部时,然后用钳子将大铁桶的盖子拧紧,接下来就是用水管不断给大铁桶外壁浇水降温,起初大铁桶并没有什么反应,直到将水浇到大铁桶的顶部或底部时,神奇的现象再次上演,大铁桶虽然没有被完全压成片状,但是已经被瞬间压的皱皱巴巴了。

虽然通过大铁桶实验的成果,似乎油罐车的实验应该更有戏了,但是结果却大相径庭。实验者先是通过3个小时将油罐车内部充满了热蒸汽,然后又用高压水枪对着油罐车浇了一个小时的水,但是油罐车却纹丝未动。实验好像失败了,但是实验者并没有罢休,而是又找来了一辆旧的油罐车,然后就有了开头的一幕,他们先是用大石头砸,来验证强度,然后用真空泵抽掉油罐车内部的空气,随着内部的气压不断降低,油罐车这个大家伙瞬间被压扁。虽然流言不可信,但是大气压的威力却真实强大。

油罐车被压扁的原理,大气压威力究竟有多大(4)

威力强大的大气压竟然能够将油罐车瞬间压扁,那它究竟是怎样的存在,为何一般情况下我们感受不到?

这个国外的验证节目,将油罐内部空气抽到一定程度,就可以将钢铁外壳的油罐车压扁,其实利用的就是油罐车内外压强不同的原理,油罐车内部的空气由于被几乎全部抽走形成近似真空的环境,罐体内部的大气压变得非常小,而外部的大气压由于没变,两者之间形成了巨大的压力差,外界的巨大压力将油罐车罐体向内挤压,便让油罐车瞬间化身铁板。不过这一过程不是缓慢的,而是达到一个临界点之后迅速实现的。

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至于一开始,对油罐车采取的不是使用真空泵抽取空气,而是先在罐体内部充满蒸汽,再用冷水来浇罐体,实现内外压力差,却出现失败的情况,主要是这种方式产生的压力差不够大。而对于易拉罐或者大铁桶这样相对较薄的材料可以起到效果,原理也是基本一样,无论是易拉罐还是大铁桶,内部的水被加热成水蒸气时,便会充满内部,但外部遭到冷水浇淋,整体温度下降,内部的水蒸气预冷凝结成水,造成了内部气体的减少,大气压也随之减小,内外之间的压力差也就形成了。

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不过大气压始终是一种看不见的存在,一般情况下我们在日常环境中也很难感受到大气压的存在,而人们之所以能够认识到大气压,还要感谢一位叫托里拆利的科学家,据说他是伽利略的学生和助手,他早在17世纪就利用一个水银做的实验,证明了大气压的存在。

这个实验其实也比较简单,就是他先将一个一米长的玻璃试管中充满水银,并且用手堵住管口倒置,这样确保其中不会出现空气,然后再将管口全部浸没在水银槽中,再将手松开。此时试管中的水银柱会下落一段距离,在试管的上方形成一段真空,并且水银柱的高度始终维持在760毫米处,无论他将玻璃试管如何倾斜,水银柱的垂直高度始终维持在760毫米,即使试管倾斜到一定程度水银充满内部,也依然符合这个现象。

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这个在1643年做的实验,首次证明了大气压的存在,这个实验也因此被称为托里拆利实验。之所以会产生这样的现象,就是因为大气压在一般情况下是维持一个定量的,能够将处于管内的水银用大气压力维持在同一高度,当试管倾斜时,如果水银位置仍然在试管垂直时所在的刻度,在垂直高度上就没有760毫米了,所以在大气压的作用下,水银又被向上推挤了一段。同样在倾斜状态下,接近充满试管的水银,在重新回归竖直状态时,水银柱依然会下降回到760毫米的高度。

而且,即使用更细或者更粗的玻璃试管来做这个实验,结果也是同样的,所以也就测出了我们正常情况下,一个标准大气压为760mm汞柱。其实这个实验也可以用水来做,只是高度会变成10.3米,实验起来非常不方便,所以最初的日常生活中人们并没有发现这个现象。

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我们生活中无处不在的大气压,虽然看不见但是威力巨大,那除了托里拆利实验,还有什么方式能够体现?

虽然科学家托里拆利在1643年通过水银柱的实验,首次证明了大气压的存在,但这个实验一方面不够明显,另一方面没有体现大气压的强大实力。所以对于当时的人们来说体验感并不强,甚至还有人因此嘲笑托里拆利做了一个无用的实验。

不过这个实验,从托里拆利所在的意大利,传到位于德国的马德堡市时,当时的市长就敏锐地觉得这是一个了不起的发现,于是决定用公开的实验来打消人们对托里拆利的嘲笑。而他所做的实验便是非常有名的马德堡半球实验。

油罐车被压扁的原理,大气压威力究竟有多大(9)

这个实验是1654年在马德堡市的一个郊区场地上举行的,当时很多人甚至以为市长在表演马戏。就这样,在众人的注视下这个实验便开始了,市长格里克和助手首先取出两个直径14英寸,大概是35厘米左右的黄铜半球形物体,内部是中空的。两人先是两个半球之间放上橡皮圈,然后将两个半球的内部全部装满水,最后拼合在一起。再将球体内的水抽干,并将气嘴拧紧密封,这样的话两个半球形成的球体内部就是一个近似真空的状态。并且两个半球因为受到外界大气压的挤压,紧紧地吸附在一起,但是当时的人们并没有意识到,是因为内部真空,所以气压减小和外部的大气压形成巨大反差造成的。

油罐车被压扁的原理,大气压威力究竟有多大(10)

但是接下来的实验便让所有人开眼了,市长大手一挥,有4个马夫牵着的8匹高头大马分别两两拴在铜球的两侧,一声令下8匹马分别向两侧拉铜球,即使使出巨大的拉力也没有让铜球分开。直到再次将马匹加倍到16匹,在两侧各8匹马的强大拉力作用下,最终铜球被艰难的拉开,并且发出巨大的一声“嘭”的声响,而人们在吃惊之余也开始相信了大气压的存在,并且感叹大气压的巨大威力。

油罐车被压扁的原理,大气压威力究竟有多大(11)

其实这个道理也非常简单,就是利用半球内外的气压差和外界的大气压,强力的将半球向内推挤,从而使得半球牢牢的贴合在一起。在现实生活中,其实也有很常见的大气压案例,比如我们中国特殊的拔火罐,就是利用的大气压存在的原理,火罐内部因为燃烧使空气减少,在贴附皮肤时便造成了内外压力差。

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