空气是怎么称量的？

2025-03-24 20:19:37

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回答（1）：

伽利略做的最巧妙的实验之一是称空气质量。实际上，这个想法是亚里士多德想出的，伽利略只不过是步其后尘，做得更加仔细罢了。伽利略同时还提到周围空气的阿基米德浮力作用，即必须考虑它对要称量空气的影响。伽利略发现空气的密度约是水密度的1/400。而今天，我们知道这个数值是1/773，不过能取得这样的结果已经相当不错了。现在，我们就利用身边容易找到的一些材料一起来做一下测量吧。
我们先做一些量的估算。汽车车顶约1平方米大小，而压在我们车顶上的大气柱足有10吨重。汽车之所以没有被压扁，是因为车的每个表面都承受同样的压力。不过，如果汽车被完全密封，用机械泵把里面抽成真空，那么它能否经得住考验就值得怀疑了。一间50米长、15米宽、8米高的厅里大约有8吨空气。容积为1升的瓶子里有1.29克空气，质量虽然很小，但用精密天平是很容易称出来的。当然，用伽利略和《科学世界》的读者掌握的方法也可以测量。在动手之前，我们还是听听伽利略是怎么说的吧！大家也许不会马上就明白，不过在我们解释了直接从伽利略那里学来的方法之后，大家很快就会一清二楚的。

伽利略如是说
伽利略在和两个朋友萨格雷多（Sagredo）和辛普利西奥（Simplicio）交谈时，这样解释道：“有一个办法很简便，只要有一个瓶子就行……里面除了原本有的那些空气外不要往里注空气，而是往里面加水，但不要让里面的空气跑出来，这样，空气受挤压，体积会变小。尽可能多地往里加水，不用使太大的力，也可以往瓶子里注入3/4的水。把瓶子放在天平上，认真地称一称。然后，握住瓶颈，打开瓶塞，让空气往外跑，跑出来的空气正好是瓶子里水所占的体积。然后再把瓶子放到天平上，瓶子会因为有空气跑出来而变轻；拿掉的多余砝码就是与瓶子里水所占体积一样大的空气的质量。”
我们稍后再说如何在家里做一个可用的天平。如果我们已经有天平了，那么称空气质量的方法就更简单直接了。

比较实用的方法
取一个前面所说的铝瓶，用橡皮塞塞住，塞子不要太厚，为的是好用注射器针头穿孔，但是厚度又要能保证针头抽出后瓶子的密封性能。塞子应该用铁丝扎住，就像捆扎香槟酒瓶口那样。拿一只大一些的注射器（药房里可以买得到），用它往容器中注水，可能要反复注几次。
按照伽利略的描述，往容器里注3/4的水不是什么难事，这样，空气的体积就变成了原先的1/4。我们用具体数字说明，如果瓶子的容积为400立方厘米，那么，开始时瓶子里有400立方厘米、压强为1大气压的空气。在注水后，水占去了300立方厘米的空间，空气只占了100方立厘米，既然没有空气跑出来，那么压力便增加到4个大气压。
现在，进行第一次称量：测得300立方厘米水和400立方厘米空气（但已被压缩为100立方厘米）的质量，当然还包括瓶子和塞子的质量。下一步就是把针头插进塞子，让里面的压缩空气出来，使里面的空气的压力达到一个大气压。我们再来称一称300立方厘米的水和100立方厘米的空气（当然还有瓶子和塞子）的质量。两次测量的差就是300立方厘米空气的质量：这个差很小，但并不难测量，因为需要做的只是确定两次称量相差多少。图1中对过程的说明有助于我们的理解。
如果读者是按前面给出的数选用容器，而且往里注入3/4的水，同时假定天平也没有问题，那么得出的差是388毫克，比一片阿斯匹林轻不了多少，得出的空气密度是0.388/300=0.001293克/立方厘米，正好是水的1/773，刚好验证了前面所说的。但是，由于天平本身的原因，有一些误差是免不了的。

自制简单但灵敏的装置
现在我们来解决核心问题——天平，看看如何能让它更灵敏些。问题的关键在于支点，它的接触面积应该尽可能的小。有多种方法可以做到这一点：比如说用三个薄刀片，即设计师割硬纸板用过的那种刀片。刀片的放置方法如图2所示：下面两个用锤子打入一块木头里，用它作基座，上边的刀片嵌入一块木头的中间，这块木头相当于天平臂（等臂天平）。现在需要给天平臂配两个托盘：一个托盘上放要称量的容器（第一次称量时，即盛着压缩空气的瓶子），第二个托盘里放砝码。就像伽利略在他的实验中建议的，用细沙做砝码是一个极好的选择。
这样小心翼翼地调平以后，按前面的方法把压缩空气放出，轻轻地拿掉一点沙子（不要扔掉），让天平恢复平衡。这时，如果家里没有精密的天平，不妨去药房或金银匠那里，请他们帮忙称称我们拿掉的沙子的质量（注意一粒沙子也不要丢），大约有0.5克。如果能想办法校准自己动手做的天平，就不用麻烦药剂师了（有校准天平的办法，但我们留给读者自己去想）。

阿基米德浮力不变
现在，我们来看看阿基米德浮力的作用，正如我们开篇时提到的，这也是伽利略所担心的。浮力的确存在，而且对于瓶子和沙堆施加的力不一样大，因为它们排开的空气体积不同。但是，我们这种称量方法可以忽略浮力的影响：两次称量中，瓶子的阿基米德浮力一样，因为瓶子的体积没变（有极微小的形变，忽略体积变化）；对于沙子的浮力也几乎没变，因为拿掉的沙粒太少，完全可以忽略。最后要提醒大家的是：别忘了把实验结果告诉我们。

回答（2）：

试验:用木板中间系一根细绳保持平衡,两边两个气球,其中一个充满气体，假设两个气球的质量完全相等，所挂的位置与细绳的距离也完全对称。一个充满空气的气球，球中的气压肯定比周围的大气压要高一些，它排开球外空气、受到的浮力，不及球内空气的重量。所以原本平衡的木板向充气球端倾斜。

回答（3）：

用求物质的量的公式求: n=m/M n=v/Vm

回答（4）：

用称称量的

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