《中国机长》跟真空有什么关系?

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  最近大火的电影《中国机长》取材于一个真实故事:2018 年 5 月 14 日,川航 3U8633 航班在 9800 米高空,驾驶舱右侧风挡玻璃破损脱落。座舱释压,氧气供应紧迫,稍不留神,9 名机组人员与 119 名乘客都要粉身碎骨。世界级险情面前,机组成员临危不乱,果断紧急下降,并最终令飞机安全备降,乘客无一伤亡。

《中国机长》跟真空有什么关系

飞机为什么要飞这么高

  地球周围的大气层在垂直方向上可以分为对流层、平流层、中间层、热层和外层。其中对流层是最低的一层,和人类的关系最为密切。而大中型飞机除起飞和降落外,多是在平流层中飞行。这主要是因为:平流层中大气垂直运动很少,以平流运动为主,飞机在其中受力比较稳定,乘坐比较舒适,飞机也更安全;平流层水汽和尘埃含量少,能见度很高,飞机飞行对地面的噪声污染相对较小;飞鸟飞行的高度一般达不到平流层,可以避免机鸟相撞的事故。另外,高空中的气压比较低,同样的速度空气阻力就更小,这样飞机飞行的时候就更省油。

为什么海拔高的地方气压低

  气体的压强是大量气体分子频繁地碰撞而产生的,大气中空气分子的频繁碰撞便产生了气压。气压的大小一般随高度升高按指数递减,这是因为地球的引力使得大气聚集在地面周围,离地越近,引力越强,聚集的气体也就越多, 因此气体的压强越大;而离地远的时候,引力相对较弱,气体也就没有那么密集,压强也就小了。对于同一个地点,海拔越低,气压就越高。在海拔不高的地面上,大气压强基本上是一个大气压;在低于海平面的地方(如很深的矿井),气压甚至会高于一个大气压;随着海拔越来越高,空气越来越稀薄,气压也随着越来越低。

万米高空的气压相当于多高的真空度

  物理学上对真空的定义是低于一个大气压的气体状态。民航客机巡航高度一般为 1 万米上下,该海拔高度的大气压力大大低于海平面大气压 1013 mbar,所以相对于海平面附近的大气压,该高度的大气属于真空状态。

  从下面表格可以知道,万米高空的大气压力约为 264 mbar,其真空度可以表述为绝压 264 mbar,或者相对于标准大气压为负 749 mbar,也可以说这个高度的真空度为 74%。

《中国机长》跟真空有什么关系

人体暴露在这个真空度下会有什么问题

  由于高空中温度很低,并且飞机速度很快,飞行员会面临冻伤的问题(想象一下,零下40度几百公里的时速,穿短袖飙敞篷车)。当然,冻伤需要一定的时间,而突然暴露在真空中所带来的伤害则会来得非常快。

  首先,机仓突然释压会产生爆炸减压效应(类似爆米花),机舱内部的人和物体会突然被吸出舱外;其次,机上人员突然暴露在 264 mbar真空中会造成瞬间缺氧,如果不能及时戴上氧气面罩,将很快失去意识;另外,压力的突然变化还会造成身体肿胀,就像全身被拔了个火罐,严重的还会造成鼓膜破裂而失去听力。