核心概念
生物学
人体
肺
物理学
气压
简介
我们呼吸非常频繁，大约每分钟10次！你有没有想过呼吸过程是如何如此顺畅地运作的？我们的肺允许我们吸入身体所需的氧气，但它们的作用远不止于此。它们还允许我们排出体内产生的废物二氧化碳，并且在唱歌、喊叫甚至咯咯笑中起着至关重要的作用。在这个活动中，你将制作一个肺的模型，并用它来发现空气是如何轻松地流入和流出肺部的。
背景
我们身体中的所有细胞都需要氧气来有效地产生能量。然而，当细胞产生能量时，它们会产生二氧化碳。我们通过吸入新鲜空气来获取氧气，并通过呼出废气来将二氧化碳排出体外。但是，呼吸机制是如何运作的呢？
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空气通过我们的嘴或鼻子流入。然后，空气沿着气管进入，气管首先分成两个支气管：每个肺各一个。然后，支气管分裂成越来越小的管子，这些管子的末端有称为肺泡的微小气囊。我们的肺中有数百万个肺泡！这些囊壁很薄——薄到氧气和二氧化碳可以穿过它们，进入或离开我们的血液。血液将氧气输送到身体的几乎每个部位。血液还将二氧化碳运回肺部。
肺占据了胸腔的大部分空间。我们胸腔中的12对肋骨保护着肺和胸腔中的其他器官，例如心脏。
放松呼吸是一种反射；我们不必刻意思考来呼吸。在这种不费力的吸气过程中，我们的膈肌——胸腔和腹腔之间的圆顶形肌肉——会变平。这会扩张胸腔，因此空气会被吸入。在呼气过程中，膈肌放松，肺部自然回缩，空气被轻轻地排出。
我们也可以更用力地呼吸。当我们锻炼、大声唱歌或以其他方式需要或想要更多空气或氧气时，我们可以用力更深地呼吸。我们使用各种肌肉来更显著地增加胸腔容积。与放松呼吸的方式相同，胸腔的扩张会吸入空气，从而使肺部充满。胸腔的放松会将空气排出。肌肉也可以迫使胸腔进一步收缩，从而排出更多空气。由于在这种情况下扩张和收缩更大，因此有更大体积的空气流入和流出我们的肺部，我们的身体获得更大的氧气供应，或者我们有更多的空气来产生声音。
材料
一次性空透明瓶子（10–16液盎司），由硬塑料制成（例如运动饮料瓶）
尺子
两个气球（8英寸气球效果很好）
美工刀（请成人帮忙，使用刀时要小心）
成人帮手
剪刀
吸管（可选）
橡皮泥（可选）
胶带（可选）
额外的气球（可选）
准备工作
请成人切割塑料瓶。切掉瓶子的底部，以便当气球从瓶口悬挂在瓶子内部时，气球下方有大约1/3到3/4英寸的空隙。
将切好的瓶子放在宽开口处。将一个气球放入瓶子中，直到只有一部分气球颈部伸出。将气球的颈部折叠在瓶子的顶部。气球代表肺。
将瓶子翻过来（保持气球在里面），使瓶顶靠在桌子上。在接下来的步骤中，你将创建隔膜并将其添加到模型中。
在第二个气球的颈部打个结。在这个气球的另一侧切掉大约三分之一的气球，这样你就会留下一个宽大的开口。
将切开的气球的宽开口拉伸到瓶子的宽开口上。将气球的边缘向上拉到瓶子上，使气球表面轻轻拉伸。确保结在外面，并且位于瓶口中间附近。
像一个充气的气球一样，我们的肺部充满了空气。我们有两个肺，它们被封闭在胸腔中，并受到24根肋骨的保护。当你吸气时，空气会流入你的肺部。当你呼气时，空气会流出你的肺部。瓶子内的气球就像你的一个肺。瓶子就像你的胸腔。
步骤
握住瓶子，以便你可以看到里面的气球（代表肺）。轻轻地向下拉结。瓶子里的气球会发生什么？
让结回到它的中立位置，然后轻轻地将其推入。现在瓶子里的气球会发生什么？
重复这些步骤几次。这像呼吸吗？为什么？
哪个部分像吸气，哪个部分像呼气？
如果你的模型工作良好，当你向外拉结时，空气会涌入气球，当你向内推结时，空气会流出。你认为为什么会发生这种情况？
当我们以放松的方式呼吸时，我们的膈肌——将胸腔与腹腔分隔开的肌肉——会移动以扩张和收缩胸腔。这与你对你的模型所做的事情有什么相似之处？
再推拉结几次。使用该模型，你能找到隔膜的哪个运动会产生吸气，哪个运动会产生呼气吗？
感受你的肋骨，深呼吸然后呼气。你能感觉到你的胸腔扩张和回落吗？
当我们深呼吸时，我们隔膜的中心会移动更多：最多四英寸！在你制作的模型中，胸腔（塑料瓶）是固定的，但是你可以通过将结拉得更远并将其推入更多来更多地移动“隔膜”。试试看。这会如何改变流入和流出肺气球的空气量？
额外：在你的模型中添加气管。要做到这一点，请将气球从瓶子中取出，然后将其颈部滑过吸管；用胶带将气球固定在吸管上。将气球——和一小段吸管——悬挂在瓶子的颈部，然后用橡皮泥将其固定到位。确保橡皮泥在吸管和瓶颈周围形成气密密封。无需更改封闭瓶子底部的第二个气球。你能看到哪一部分模拟气管吗？
额外：咳嗽是身体用力排出空气以摆脱引起刺激的东西。在咳嗽期间，你会相对深地吸气，但是当胸腔收缩时，空气不会流出，而是你的喉咙会闭合，空气会在肺部积聚。当喉咙张开时，胸部会收缩更多，空气会以强力的方式流出。你能用你的模型模仿咳嗽吗？
额外：找到一种方法来创建一个模型，该模型包括一个分裂成两个支气管的气管，每个支气管都连接着一个肺。具有气管和一个肺的模型是一个很好的开始。你如何添加第二个肺？你能找到为什么拥有两个肺对我们有益的原因吗？
观察和结果
当你向后拉结时，瓶子内部的空间会增加，你的气球可能会充满空气。同样，当我们身体的隔膜向后拉时，胸腔会增加，空气会流入我们的肺部，我们就会吸气。
当你将结推入时，瓶子内部的空间会减少，并且气球可能会放气。同样，当隔膜放松时，胸腔会减少，空气会被排出肺部，我们就会呼气。
当你进一步拉伸和推动结时，气球会膨胀和收缩得更多。这反映了当我们更深地呼吸时，更大的空气量被移动时会发生的事情。
这种动态之所以起作用是因为气压，气压是空气压在物体上的力度的量度。当你减少空气所拥有的空间量时，气压会增加，而当你给空气更多空间时，气压会降低。关闭一个脆弱的空塑料瓶，然后尝试压缩它。这很困难！里面的空气会反弹。打开瓶子，然后再试着压缩瓶子。这要容易得多。空气以大大减小的力反弹。除非有东西阻碍运动，否则空气将从高压区域移动到压力较低的区域，这就是当空气涌入或流出肺部时发生的情况。当胸腔扩张时，肺周围会有更多空间。在这种情况下，肺可以扩张，使其成为低压区域，并且空气涌入以平衡压力差。然后，要呼气，胸腔和肺会收缩。这会增加肺部的气压，空气会涌出。
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