關鍵概念
物理學
氣壓
體積
力
引言
你可能以前聽人談論過壓力：也許是壓力太大了，或者不夠。在日常英語中，壓力可能意味著不同的事情，但一般來說，當科學家談論壓力時，他們指的是施加或應用到物體上的恆定物理力（例如推力或拉力）。例如，如果你坐在一個充氣的氣球上，你可以看到壓力對氣球的影響——至少在它爆裂之前！
在這個活動中，我們將以一種意想不到的方式使用壓力。你能在不繫氣球底部的情況下保持空氣在氣球裡嗎？如果瓶子上有個洞，你能在瓶子裡裝滿水嗎？也許你可以同時做到這兩件事——只要有合適的壓力！
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背景
你有沒有用手指封住吸管的頂部，並注意到你的一些飲料留在吸管裡——即使你把它舉到液體的表面之上？如果這樣，那麼你已經測試過氣壓的驚人特性了！
即使我們看不見，空氣分子也構成了我們周圍所有的空氣。如果你把手放在離臉很近的地方拍打，感覺到臉頰上一小陣空氣，你就可以感覺到它們的運動。這些是空氣分子！儘管我們看不見這些分子，它們仍然對我們環境中的一切施加壓力或力，包括你。你可以透過把一張紙放在一隻手上，朝上對著你來感受它們的壓力。快速上下移動紙張。你能感覺到空氣對紙張的阻力或力嗎？現在試著讓紙的邊緣對著你拿著紙。再次快速地上下移動它。第二次更容易，因為紙張沒有朝向你移動的方向——來自空氣分子的阻力或力較小。
空氣分子的力在這個活動中很重要。它們將以幾種不同（且令人驚訝）的方式作用於瓶子內的空氣和水。準備好加大壓力吧！
材料
一個個人尺寸的塑膠水瓶
一個尖頭圖釘或釘子
剪刀
兩個氣球
捲尺（尺子也行。）
水槽
一位成人助手（此活動需要兩雙手以及處理尖銳物品。）
準備工作
請你的成人助手用圖釘或釘子在你的水瓶底部戳一個洞。請你的助手用剪刀小心地擴大洞口，使其略小於黃色鉛筆的周長。
步驟
用你的手指堵住瓶子底部的洞口。將瓶子放在水槽上方，並在瓶子頂部留出約兩英寸的空隙，倒入水。用你的手指堵住洞口，這樣就不會有水漏出來！
讓你的助手把氣球吹起來，直到它的直徑約為 7 英寸。使用捲尺或尺子進行測量。
然後讓你的同伴用他們的手指把氣球封住，但底部留出約一英寸的空間。保持密封，讓他們用另一隻手把氣球的開口放在水瓶的頂部。注意：這可能很棘手！儘量慢慢地做，輕輕地把氣球放在瓶子的頂部。
一旦氣球放在瓶子上，你的助手就可以鬆開它了。用你的尺子測量氣球的直徑。用你的手指堵住洞口！當你的助手停止按住它時，氣球會發生什麼？當他們的手指不再封住它時，它會開始漏氣嗎？這令人驚訝嗎？當你鬆開一個沒有繫好的氣球時，通常會發生什麼？你認為現在發生的事情為什麼不同？ （注意：如果你的氣球此時正在縮小，它可能有一個洞。在繼續活動之前檢查是否有洞！）
讓你的助手把卷尺或尺子舉到氣球最寬處的後面，這樣你就可以測量它的直徑。在下一步中，將捲尺或尺子放在那裡。
在瓶子仍然在水槽上方時，抬起你的手指，讓水從瓶子裡流出來。觀察氣球。當大約四分之三的水從瓶子裡漏出來時，再次用你的手指堵住洞口。
讓你的助手測量氣球的直徑。它的直徑改變了嗎？如果是，它變大還是變小了？如果不是，你認為為什麼空氣會留在氣球內而不是逸出？
等待 30 秒，讓你的助手再次測量氣球的直徑。氣球的直徑改變了嗎？如果是，它變大還是變小了？如果不是，你認為為什麼空氣會留在氣球內而不是逸出？
再次抬起你的手指，讓水從瓶子裡流到水槽裡。當瓶子空了時，水流出瓶子的速度看起來比你開始時更快、更慢還是相同？你注意到氣球的大小有什麼變化嗎？你還注意到其他什麼嗎？例如，當水瓶空了時，氣球會發出任何聲音嗎？
當所有的水都從瓶子裡出來時，測量氣球的直徑。當水從瓶子裡漏出來時，氣球變大還是變小了？你認為為什麼會這樣？
讓你的助手把氣球從瓶子上取下來，準備好再次嘗試相同的測試——這次不要給氣球充氣。
用你的手指堵住空瓶子底部的洞口。將瓶子放在水槽上方，並在瓶子頂部留出約兩英寸的空隙，倒入水。用你的手指堵住洞口，這樣就不會有水漏出來！
讓你的助手把氣球放在水瓶的頂部。注意氣球的外觀——它裡面有空氣嗎？你怎麼知道的？
在瓶子放在水槽上方時，抬起你的手指，讓水從瓶子裡流出來。這次，注意氣球和水。當瓶子裡的水位下降到一半時，再次用你的手指堵住洞口。你注意到氣球的外觀有什麼變化嗎？它改變了嗎？如果是，以什麼方式？你注意到水有什麼變化嗎？它流出瓶子的速度和第一次測試時一樣快嗎？
再次抬起你的手指，讓水從瓶子裡流出來。當它空了時，水流出的速度看起來比你開始時更快、更慢還是相同？水會一直流出瓶子直到空嗎？你如何解釋你在這個測試和充氣氣球的測試之間觀察到的變化？你注意到氣球的外觀有什麼變化嗎？它看起來和開始時不一樣嗎？以什麼方式？
額外：嘗試將氣球充氣到不同的大小。從小的開始，然後逐漸增大。改變氣球的大小會影響你的測試結果嗎？你認為為什麼會這樣？
額外：在第二次測試的不同點測試將未充氣的氣球從水瓶上取下。當氣球不在瓶子頂部時會發生什麼？
額外：請你的成人助手在靠近瓶子頂部的地方戳一個洞。這會如何改變你的結果？（把這個留到最後！）
觀察和結果
在第一次測試中，當你的手指蓋住水瓶底部的洞口時，你應該觀察到氣球保持相同的大小並且沒有漏氣。這可能會讓你感到驚訝；通常，如果你鬆開一個沒有繫好的充氣氣球，你最終會追著你的氣球，因為它會快速漏氣！這次是什麼把空氣固定在氣球裡？答案是：空氣（和水）！瓶子裡的大部分空間都被水佔據了，頂部有一些空氣。瓶子頂部可能有一些空間可以讓更多的空氣擠進去（所以你的氣球可能在最開始的時候縮小了一點點），但隨後它應該保持相同的大小。氣球裡的空氣無處可去，因為瓶子已經滿了！
然而，當你抬起你的手指，讓水從瓶子裡流出來時，會發生一些不同的事情。你應該看到你的氣球開始放氣或漏氣。當你抬起你的手指時，它為什麼會漏氣？因為流出瓶子的水為氣球內的空氣進入瓶子留出了空間。即使你看不到它，當水漏出時，瓶子也在慢慢地被氣球中的空氣填充。當你再次蓋住洞口時，你可能已經看到了這一點。如果氣球在重新蓋住洞口之前正在縮小，那麼當洞口再次密封時，它可能會停止。當水停止流出時，就沒有更多的空氣可以進入瓶子了。
在本次活動的第二部分中，你可能已經注意到氣球的外觀隨著水從瓶子裡漏出來而發生了變化。它可能看起來變得皺巴巴的，因為氣球內的一小部分空氣進入了瓶子。造成這種結果的原因與第一次測試的解釋類似。當水離開瓶子時，它為氣球內的空氣創造了空間。即使在這種情況下它只是一小部分空氣，它仍然對氣球的大小產生了影響——當空氣離開時，氣球縮小了。此外，在活動的第二部分中，你可能注意到從瓶子裡漏出的水發生了很大變化。在某種程度上，水應該停止從洞口漏出（或顯著減慢），即使瓶子裡仍然有水！這怎麼可能？同樣，答案與氣壓有關。因為氣球是空的，所以沒有空氣試圖從頂部進入瓶子。事實上，氣球封住了瓶子，所以沒有空氣可以從瓶子的頂部進入。然而，這並不意味著空氣沒有對瓶子裡的水施加力。瓶子外的空氣分子從瓶子的各個側面施加壓力，包括在瓶子底部的洞口處。
通常情況下，如果沒有頂部的氣球，水會從瓶子裡漏出來，因為從瓶口進入的空氣壓力，加上重力對水的拉力，大於空氣分子對瓶底的推力。然而，當我們把氣球放在頂部時，瓶子頂部的空氣分子就不能施加任何壓力了，因為氣球密封了瓶子。因此，作用在水上的唯一力就是重力和空氣分子向上的推力。在這種情況下，孔外空氣的推力足以幫助減緩水從瓶子裡的洩漏。
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本活動由科學夥伴（Science Buddies）合作呈現
