关键概念
物理学
气压
体积
力
引言
你可能以前听人谈论过压力：也许是压力太大了，或者不够。在日常英语中，压力可能意味着不同的事情，但一般来说，当科学家谈论压力时，他们指的是施加或应用到物体上的恒定物理力（例如推力或拉力）。例如，如果你坐在一个充气的气球上，你可以看到压力对气球的影响——至少在它爆裂之前！
在这个活动中，我们将以一种意想不到的方式使用压力。你能在不系气球底部的情况下保持空气在气球里吗？如果瓶子上有个洞，你能在瓶子里装满水吗？也许你可以同时做到这两件事——只要有合适的压力！
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背景
你有没有用手指封住吸管的顶部，并注意到你的一些饮料留在吸管里——即使你把它举到液体的表面之上？如果这样，那么你已经测试过气压的惊人特性了！
即使我们看不见，空气分子也构成了我们周围所有的空气。如果你把手放在离脸很近的地方拍打，感觉到脸颊上一小阵空气，你就可以感觉到它们的运动。这些是空气分子！尽管我们看不见这些分子，它们仍然对我们环境中的一切施加压力或力，包括你。你可以通过把一张纸放在一只手上，朝上对着你来感受它们的压力。快速上下移动纸张。你能感觉到空气对纸张的阻力或力吗？现在试着让纸的边缘对着你拿着纸。再次快速地上下移动它。第二次更容易，因为纸张没有朝向你移动的方向——来自空气分子的阻力或力较小。
空气分子的力在这个活动中很重要。它们将以几种不同（且令人惊讶）的方式作用于瓶子内的空气和水。准备好加大压力吧！
材料
一个个人尺寸的塑料水瓶
一个尖头图钉或钉子
剪刀
两个气球
卷尺（尺子也行。）
水槽
一位成人助手（此活动需要两双手以及处理尖锐物品。）
准备工作
请你的成人助手用图钉或钉子在你的水瓶底部戳一个洞。请你的助手用剪刀小心地扩大洞口，使其略小于黄色铅笔的周长。
步骤
用你的手指堵住瓶子底部的洞口。将瓶子放在水槽上方，并在瓶子顶部留出约两英寸的空隙，倒入水。用你的手指堵住洞口，这样就不会有水漏出来！
让你的助手把气球吹起来，直到它的直径约为 7 英寸。使用卷尺或尺子进行测量。
然后让你的同伴用他们的手指把气球封住，但底部留出约一英寸的空间。保持密封，让他们用另一只手把气球的开口放在水瓶的顶部。注意：这可能很棘手！尽量慢慢地做，轻轻地把气球放在瓶子的顶部。
一旦气球放在瓶子上，你的助手就可以松开它了。用你的尺子测量气球的直径。用你的手指堵住洞口！当你的助手停止按住它时，气球会发生什么？当他们的手指不再封住它时，它会开始漏气吗？这令人惊讶吗？当你松开一个没有系好的气球时，通常会发生什么？你认为现在发生的事情为什么不同？ （注意：如果你的气球此时正在缩小，它可能有一个洞。在继续活动之前检查是否有洞！）
让你的助手把卷尺或尺子举到气球最宽处的后面，这样你就可以测量它的直径。在下一步中，将卷尺或尺子放在那里。
在瓶子仍然在水槽上方时，抬起你的手指，让水从瓶子里流出来。观察气球。当大约四分之三的水从瓶子里漏出来时，再次用你的手指堵住洞口。
让你的助手测量气球的直径。它的直径改变了吗？如果是，它变大还是变小了？如果不是，你认为为什么空气会留在气球内而不是逸出？
等待 30 秒，让你的助手再次测量气球的直径。气球的直径改变了吗？如果是，它变大还是变小了？如果不是，你认为为什么空气会留在气球内而不是逸出？
再次抬起你的手指，让水从瓶子里流到水槽里。当瓶子空了时，水流出瓶子的速度看起来比你开始时更快、更慢还是相同？你注意到气球的大小有什么变化吗？你还注意到其他什么吗？例如，当水瓶空了时，气球会发出任何声音吗？
当所有的水都从瓶子里出来时，测量气球的直径。当水从瓶子里漏出来时，气球变大还是变小了？你认为为什么会这样？
让你的助手把气球从瓶子上取下来，准备好再次尝试相同的测试——这次不要给气球充气。
用你的手指堵住空瓶子底部的洞口。将瓶子放在水槽上方，并在瓶子顶部留出约两英寸的空隙，倒入水。用你的手指堵住洞口，这样就不会有水漏出来！
让你的助手把气球放在水瓶的顶部。注意气球的外观——它里面有空气吗？你怎么知道的？
在瓶子放在水槽上方时，抬起你的手指，让水从瓶子里流出来。这次，注意气球和水。当瓶子里的水位下降到一半时，再次用你的手指堵住洞口。你注意到气球的外观有什么变化吗？它改变了吗？如果是，以什么方式？你注意到水有什么变化吗？它流出瓶子的速度和第一次测试时一样快吗？
再次抬起你的手指，让水从瓶子里流出来。当它空了时，水流出的速度看起来比你开始时更快、更慢还是相同？水会一直流出瓶子直到空吗？你如何解释你在这个测试和充气气球的测试之间观察到的变化？你注意到气球的外观有什么变化吗？它看起来和开始时不一样吗？以什么方式？
额外：尝试将气球充气到不同的大小。从小的开始，然后逐渐增大。改变气球的大小会影响你的测试结果吗？你认为为什么会这样？
额外：在第二次测试的不同点测试将未充气的气球从水瓶上取下。当气球不在瓶子顶部时会发生什么？
额外：请你的成人助手在靠近瓶子顶部的地方戳一个洞。这会如何改变你的结果？（把这个留到最后！）
观察和结果
在第一次测试中，当你的手指盖住水瓶底部的洞口时，你应该观察到气球保持相同的大小并且没有漏气。这可能会让你感到惊讶；通常，如果你松开一个没有系好的充气气球，你最终会追着你的气球，因为它会快速漏气！这次是什么把空气固定在气球里？答案是：空气（和水）！瓶子里的大部分空间都被水占据了，顶部有一些空气。瓶子顶部可能有一些空间可以让更多的空气挤进去（所以你的气球可能在最开始的时候缩小了一点点），但随后它应该保持相同的大小。气球里的空气无处可去，因为瓶子已经满了！
然而，当你抬起你的手指，让水从瓶子里流出来时，会发生一些不同的事情。你应该看到你的气球开始放气或漏气。当你抬起你的手指时，它为什么会漏气？因为流出瓶子的水为气球内的空气进入瓶子留出了空间。即使你看不到它，当水漏出时，瓶子也在慢慢地被气球中的空气填充。当你再次盖住洞口时，你可能已经看到了这一点。如果气球在重新盖住洞口之前正在缩小，那么当洞口再次密封时，它可能会停止。当水停止流出时，就没有更多的空气可以进入瓶子了。
在本次活动的第二部分中，你可能已经注意到气球的外观随着水从瓶子里漏出来而发生了变化。它可能看起来变得皱巴巴的，因为气球内的一小部分空气进入了瓶子。造成这种结果的原因与第一次测试的解释类似。当水离开瓶子时，它为气球内的空气创造了空间。即使在这种情况下它只是一小部分空气，它仍然对气球的大小产生了影响——当空气离开时，气球缩小了。此外，在活动的第二部分中，你可能注意到从瓶子里漏出的水发生了很大变化。在某种程度上，水应该停止从洞口漏出（或显著减慢），即使瓶子里仍然有水！这怎么可能？同样，答案与气压有关。因为气球是空的，所以没有空气试图从顶部进入瓶子。事实上，气球封住了瓶子，所以没有空气可以从瓶子的顶部进入。然而，这并不意味着空气没有对瓶子里的水施加力。瓶子外的空气分子从瓶子的各个侧面施加压力，包括在瓶子底部的洞口处。
通常情况下，如果没有顶部的气球，水会从瓶子里漏出来，因为从瓶口进入的空气压力，加上重力对水的拉力，大于空气分子对瓶底的推力。然而，当我们把气球放在顶部时，瓶子顶部的空气分子就不能施加任何压力了，因为气球密封了瓶子。因此，作用在水上的唯一力就是重力和空气分子向上的推力。在这种情况下，孔外空气的推力足以帮助减缓水从瓶子里的泄漏。
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