科学：小学教师指南/空气与水
地球的大气层由空气组成。空气是气体的混合物，其中78% 是氮气，21% 是氧气，还有微量的水蒸气、二氧化碳、氩气以及其他成分。
我们通常将空气建模为一种均匀（没有变化或波动）的气体，其性质是所有单个成分的平均值。任何气体都具有一定的性质，我们可以用我们的感官来检测这些性质。性质的值和关系定义了气体的状态。空气无味、无色、无味。空气无处不在，它是地球的主要资源。空气压力和伯努利原理的影响是它迷人的性质之一。
空气是物质的例子。空气是气体混合物，大约由 4/5 氮气和 1/5 氧气组成。像所有物质一样，空气也有重量并占据空间。与固体和液体不同，它也可以被压缩。
地球被一层称为大气的空气覆盖。大气从地球表面开始，延伸到太空 600 多英里。让我们来研究一下空气的性质以及地球大气的结构和动力学！
空气是由气态元素和化合物组成的混合物。这些包括氮气、氧气、水、氩气和二氧化碳。令人惊讶的是，氮元素占地球空气中最大比例。氧气占空气中第二大比例。虽然空气对我们来说似乎是无形的，但它像其他物质一样具有质量并占据空间。因此，空气会产生压力。地球周围的空气被重力所束缚。重力将空气拉向地球表面，使空气具有重量。气压是空气柱向下推向地球表面一部分的重量。当您向上移动到大气层时，气压会降低。这是因为在较高的海拔高度，从上方推下的空气较少。
空气有重量。由于空气的重量会随着压力和温度的变化而变化，因此必须对其进行准确定义。可以使用以下数字。干空气（无水分含量）在 0 摄氏度和 1013 毫巴的正常大气压下的重量为 1.293 公斤/立方米。干空气（无水分含量）在 0 摄氏度和 1000 毫巴（1 巴）的压力下的重量为 1.275 公斤/立方米。
空气处于压力之下。空气处于压力之下；这是由重力引起的。海平面气压约为 1013 毫巴，这与 14.7 磅/平方英寸相当。造成这种压力的原因是上方有如此多的空气堆积。如果您处于更高的地方，比如在飞机上，飞机外面的气压会低得多。我们知道，在 18,000 英尺（约 5500 米）处，气压约为海平面的一半。在 32,000 英尺（约 10,000 米）处，气压仅为海平面气压的四分之一。气压降低的原因是在这些高海拔高度，上方堆积的空气较少。
- 当我们生活在“空气海洋”中时，气压无处不在——就像鱼被水包围一样。
- 空气从各个方向向我们施加压力，但我们已经习惯了它，所以感觉不到它。我们身体的每一部分都向后推（每个细胞都像气球一样），所以我们不会被压扁。
空气有温度。像我们周围的大多数东西一样，空气在变热时膨胀，在变冷时收缩。温度会影响体积，而体积会影响压力。
空气有体积。空气占据一定的体积。这个体积与压力和温度相互关联。如果将空气挤压到更小的空间，空气会变得更热。当您给自行车轮胎充气时，这很容易证明。您泵得越用力，空气就越热，手泵也越热。由于箱子内所含空气的数量会随着温度和压力的变化而变化，因此必须说明温度和压力。
空气中通常含有一些水蒸气。空气有点像海绵，如果有水在周围，它会试图吸收它。像海绵一样，它只能容纳一定量的水，然后就会饱和。同样像海绵一样，如果您挤压它（压缩它），水就会滴出来。干海绵中没有水；因此，它的相对湿度为 0%。浸湿的海绵不能再吸收任何水，因为它已经饱和。因此，这块海绵的相对湿度为 100%。
空气通常具有一定的速度。您每天都可以看到这一点，树叶被微风吹起并被吹到路上。室外空气速度是风力的函数。房间内空气的速度可能很低，为 0.25 米/秒，或者在压缩空气管道中更高得多。
“伯努利原理”的创建是在 18 世纪，由丹尼尔·伯努利这位名叫的科学家发现的，他发现了一种流体速度和压力之间的有趣关系，这就是今天我们称之为它的原因。该原理指出，流体中的压力随着流体速度的增加而降低。该原理适用于所有学科，如空气、水或任何其他流体。
一个完美的例子是，孩子可以对着呈翼型的一张纸吹气，这将导致纸张升起。在纸张顶端快速流动的空气会降低该点的空气压力，而纸张会通过来自下方的大气压力的作用而升起。另一个完美的例子是飞机机翼，其设计在顶部呈曲线，底部平坦，迫使空气在顶部比在底部流动得更快。这会降低上表面的压力，从而从机翼下方的气压中产生升力。
- 水的物理状态 - 将物质分类为固体、液体或气体。
- 沸点 - 物质从液体变为气体的温度。
- 水的沸点为 100 摄氏度。
- 熔点 - 物质从固体变为液体的温度。
- 水的熔点为 0 摄氏度。
- 凝固点 - 物质从液体变为固体的温度。
- 水的凝固点为 0 摄氏度。
- 水蒸发是物质从液体变为气体（蒸发）的物理变化。
- 水凝结是物质从气体变为液体的物理变化。
压力是指作用在物体上的力，它作用在一定的空间面积上，当物体浸没时，它会影响浮力。浸没在水中的物体将受到浮力，该浮力等于被浸没所取代的水的重量。
如果重力（向下）力小于浮力（向上）力，物体就会漂浮。因此，换句话说，如果物体的重量小于它所取代的水量，物体就会漂浮。这解释了为什么石头会下沉，而大船会漂浮。石头很重，但它只取代了一点点水。
为什么船能在水上漂浮？船能漂浮是因为它们取代了足够的水，使浮力大于作用在船上的重力。被取代的水试图回到它原来的位置，现在被船占据，这会将船向上推。这种效应被称为浮力。重力作用在船上的拉力会受到其重量的影响。这两个力中哪个更强决定了船是漂浮还是下沉。
神奇的水杯魔术
将玻璃杯三分之一充满水。用索引卡盖住杯口，将杯口朝下（用手指按住卡片）倒置在水槽上。松开按住卡片的手。瞧！卡片仍然留在杯口，因为空气比水重，卡片受到空气向上推力的作用约为 15 磅，而水向下推力的作用约为 1 磅，因此卡片仍然留在杯口。（当你熟练后，可以尝试对着某人的头顶表演这个魔术。）
喷泉瓶
用一块粘土包裹一根长吸管，将吸管密封在 2 升装苏打水瓶的瓶口上，并将瓶子装入半瓶水。用力吹进吸管。当你往瓶子里吹气时，气压会增加。这个较高的气压会向水施加压力，迫使水向上从吸管中喷出。
亲吻气球
吹起两个气球。在每个气球上系一根绳子。用两只手分别抓住一根绳子，使气球位于鼻子水平线，相距 6 英寸。用力吹气球之间的空间，观察气球移动！当你吹气球之间的空间时，气压会降低（想象一下空气分子就像乒乓球...当它们飞过时，它们没有足够的时间接触气球表面）。没有移动的周围空气现在处于更高的压力下，将气球推到一起。