核心概念
生物學
人體
肺
物理學
氣壓
簡介
我們呼吸非常頻繁，大約每分鐘10次！你有沒有想過呼吸過程是如何如此順暢地運作的？我們的肺允許我們吸入身體所需的氧氣，但它們的作用遠不止於此。它們還允許我們排出體內產生的廢物二氧化碳，並且在唱歌、喊叫甚至咯咯笑中起著至關重要的作用。在這個活動中，你將製作一個肺的模型，並用它來發現空氣是如何輕鬆地流入和流出肺部的。
背景
我們身體中的所有細胞都需要氧氣來有效地產生能量。然而，當細胞產生能量時，它們會產生二氧化碳。我們透過吸入新鮮空氣來獲取氧氣，並透過撥出廢氣來將二氧化碳排出體外。但是，呼吸機制是如何運作的呢？
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮支援我們屢獲殊榮的新聞報道，方式是 訂閱。透過購買訂閱，您將幫助確保未來有關當今塑造我們世界的發現和想法的有影響力的故事的傳播。
空氣透過我們的嘴或鼻子流入。然後，空氣沿著氣管進入，氣管首先分成兩個支氣管：每個肺各一個。然後，支氣管分裂成越來越小的管子，這些管子的末端有稱為肺泡的微小氣囊。我們的肺中有數百萬個肺泡！這些囊壁很薄——薄到氧氣和二氧化碳可以穿過它們，進入或離開我們的血液。血液將氧氣輸送到身體的幾乎每個部位。血液還將二氧化碳運回肺部。
肺佔據了胸腔的大部分空間。我們胸腔中的12對肋骨保護著肺和胸腔中的其他器官，例如心臟。
放鬆呼吸是一種反射；我們不必刻意思考來呼吸。在這種不費力的吸氣過程中，我們的膈肌——胸腔和腹腔之間的圓頂形肌肉——會變平。這會擴張胸腔，因此空氣會被吸入。在呼氣過程中，膈肌放鬆，肺部自然回縮，空氣被輕輕地排出。
我們也可以更用力地呼吸。當我們鍛鍊、大聲唱歌或以其他方式需要或想要更多空氣或氧氣時，我們可以用力更深地呼吸。我們使用各種肌肉來更顯著地增加胸腔容積。與放鬆呼吸的方式相同，胸腔的擴張會吸入空氣，從而使肺部充滿。胸腔的放鬆會將空氣排出。肌肉也可以迫使胸腔進一步收縮，從而排出更多空氣。由於在這種情況下擴張和收縮更大，因此有更大體積的空氣流入和流出我們的肺部，我們的身體獲得更大的氧氣供應，或者我們有更多的空氣來產生聲音。
材料
一次性空透明瓶子（10–16液盎司），由硬塑膠製成（例如運動飲料瓶）
尺子
兩個氣球（8英寸氣球效果很好）
美工刀（請成人幫忙，使用刀時要小心）
成人幫手
剪刀
吸管（可選）
橡皮泥（可選）
膠帶（可選）
額外的氣球（可選）
準備工作
請成人切割塑膠瓶。切掉瓶子的底部，以便當氣球從瓶口懸掛在瓶子內部時，氣球下方有大約1/3到3/4英寸的空隙。
將切好的瓶子放在寬開口處。將一個氣球放入瓶子中，直到只有一部分氣球頸部伸出。將氣球的頸部摺疊在瓶子的頂部。氣球代表肺。
將瓶子翻過來（保持氣球在裡面），使瓶頂靠在桌子上。在接下來的步驟中，你將建立隔膜並將其新增到模型中。
在第二個氣球的頸部打個結。在這個氣球的另一側切掉大約三分之一的氣球，這樣你就會留下一個寬大的開口。
將切開的氣球的寬開口拉伸到瓶子的寬開口上。將氣球的邊緣向上拉到瓶子上，使氣球表面輕輕拉伸。確保結在外面，並且位於瓶口中間附近。
像一個充氣的氣球一樣，我們的肺部充滿了空氣。我們有兩個肺，它們被封閉在胸腔中，並受到24根肋骨的保護。當你吸氣時，空氣會流入你的肺部。當你呼氣時，空氣會流出你的肺部。瓶子內的氣球就像你的一個肺。瓶子就像你的胸腔。
步驟
握住瓶子，以便你可以看到裡面的氣球（代表肺）。輕輕地向下拉結。瓶子裡的氣球會發生什麼？
讓結回到它的中立位置，然後輕輕地將其推入。現在瓶子裡的氣球會發生什麼？
重複這些步驟幾次。這像呼吸嗎？為什麼？
哪個部分像吸氣，哪個部分像呼氣？
如果你的模型工作良好，當你向外拉結時，空氣會湧入氣球，當你向內推結時，空氣會流出。你認為為什麼會發生這種情況？
當我們以放鬆的方式呼吸時，我們的膈肌——將胸腔與腹腔分隔開的肌肉——會移動以擴張和收縮胸腔。這與你對你的模型所做的事情有什麼相似之處？
再推拉結幾次。使用該模型，你能找到隔膜的哪個運動會產生吸氣，哪個運動會產生呼氣嗎？
感受你的肋骨，深呼吸然後呼氣。你能感覺到你的胸腔擴張和回落嗎？
當我們深呼吸時，我們隔膜的中心會移動更多：最多四英寸！在你製作的模型中，胸腔（塑膠瓶）是固定的，但是你可以透過將結拉得更遠並將其推入更多來更多地移動“隔膜”。試試看。這會如何改變流入和流出肺氣球的空氣量？
額外：在你的模型中新增氣管。要做到這一點，請將氣球從瓶子中取出，然後將其頸部滑過吸管；用膠帶將氣球固定在吸管上。將氣球——和一小段吸管——懸掛在瓶子的頸部，然後用橡皮泥將其固定到位。確保橡皮泥在吸管和瓶頸周圍形成氣密密封。無需更改封閉瓶子底部的第二個氣球。你能看到哪一部分模擬氣管嗎？
額外：咳嗽是身體用力排出空氣以擺脫引起刺激的東西。在咳嗽期間，你會相對深地吸氣，但是當胸腔收縮時，空氣不會流出，而是你的喉嚨會閉合，空氣會在肺部積聚。當喉嚨張開時，胸部會收縮更多，空氣會以強力的方式流出。你能用你的模型模仿咳嗽嗎？
額外：找到一種方法來建立一個模型，該模型包括一個分裂成兩個支氣管的氣管，每個支氣管都連線著一個肺。具有氣管和一個肺的模型是一個很好的開始。你如何新增第二個肺？你能找到為什麼擁有兩個肺對我們有益的原因嗎？
觀察和結果
當你向後拉結時，瓶子內部的空間會增加，你的氣球可能會充滿空氣。同樣，當我們身體的隔膜向後拉時，胸腔會增加，空氣會流入我們的肺部，我們就會吸氣。
當你將結推入時，瓶子內部的空間會減少，並且氣球可能會放氣。同樣，當隔膜放鬆時，胸腔會減少，空氣會被排出肺部，我們就會呼氣。
當你進一步拉伸和推動結時，氣球會膨脹和收縮得更多。這反映了當我們更深地呼吸時，更大的空氣量被移動時會發生的事情。
這種動態之所以起作用是因為氣壓，氣壓是空氣壓在物體上的力度的量度。當你減少空氣所擁有的空間量時，氣壓會增加，而當你給空氣更多空間時，氣壓會降低。關閉一個脆弱的空塑膠瓶，然後嘗試壓縮它。這很困難！裡面的空氣會反彈。開啟瓶子，然後再試著壓縮瓶子。這要容易得多。空氣以大大減小的力反彈。除非有東西阻礙運動，否則空氣將從高壓區域移動到壓力較低的區域，這就是當空氣湧入或流出肺部時發生的情況。當胸腔擴張時，肺周圍會有更多空間。在這種情況下，肺可以擴張，使其成為低壓區域，並且空氣湧入以平衡壓力差。然後，要呼氣，胸腔和肺會收縮。這會增加肺部的氣壓，空氣會湧出。
更多探索 你的肺和呼吸系統，來自KidsHealth
肺活量與年齡，來自科學夥伴
製造一輛氣球動力汽車，來自大眾科學 在壓力下：發射一個氣球火箭，來自大眾科學 兒童STEM活動，來自科學夥伴
此活動與科學夥伴合作推出
