科學：小學教師指南/空氣與水
地球的大氣層由空氣組成。空氣是氣體的混合物，其中78% 是氮氣，21% 是氧氣，還有微量的水蒸氣、二氧化碳、氬氣以及其他成分。
我們通常將空氣建模為一種均勻（沒有變化或波動）的氣體，其性質是所有單個成分的平均值。任何氣體都具有一定的性質，我們可以用我們的感官來檢測這些性質。性質的值和關係定義了氣體的狀態。空氣無味、無色、無味。空氣無處不在，它是地球的主要資源。空氣壓力和伯努利原理的影響是它迷人的性質之一。
空氣是物質的例子。空氣是氣體混合物，大約由 4/5 氮氣和 1/5 氧氣組成。像所有物質一樣，空氣也有重量並佔據空間。與固體和液體不同，它也可以被壓縮。
地球被一層稱為大氣的空氣覆蓋。大氣從地球表面開始，延伸到太空 600 多英里。讓我們來研究一下空氣的性質以及地球大氣的結構和動力學！
空氣是由氣態元素和化合物組成的混合物。這些包括氮氣、氧氣、水、氬氣和二氧化碳。令人驚訝的是，氮元素佔地球空氣中最大比例。氧氣佔空氣中第二大比例。雖然空氣對我們來說似乎是無形的，但它像其他物質一樣具有質量並佔據空間。因此，空氣會產生壓力。地球周圍的空氣被重力所束縛。重力將空氣拉向地球表面，使空氣具有重量。氣壓是空氣柱向下推向地球表面一部分的重量。當您向上移動到大氣層時，氣壓會降低。這是因為在較高的海拔高度，從上方推下的空氣較少。
空氣有重量。由於空氣的重量會隨著壓力和溫度的變化而變化，因此必須對其進行準確定義。可以使用以下數字。幹空氣（無水分含量）在 0 攝氏度和 1013 毫巴的正常大氣壓下的重量為 1.293 公斤/立方米。幹空氣（無水分含量）在 0 攝氏度和 1000 毫巴（1 巴）的壓力下的重量為 1.275 公斤/立方米。
空氣處於壓力之下。空氣處於壓力之下；這是由重力引起的。海平面氣壓約為 1013 毫巴，這與 14.7 磅/平方英寸相當。造成這種壓力的原因是上方有如此多的空氣堆積。如果您處於更高的地方，比如在飛機上，飛機外面的氣壓會低得多。我們知道，在 18,000 英尺（約 5500 米）處，氣壓約為海平面的一半。在 32,000 英尺（約 10,000 米）處，氣壓僅為海平面氣壓的四分之一。氣壓降低的原因是在這些高海拔高度，上方堆積的空氣較少。
- 當我們生活在“空氣海洋”中時，氣壓無處不在——就像魚被水包圍一樣。
- 空氣從各個方向向我們施加壓力，但我們已經習慣了它，所以感覺不到它。我們身體的每一部分都向後推（每個細胞都像氣球一樣），所以我們不會被壓扁。
空氣有溫度。像我們周圍的大多數東西一樣，空氣在變熱時膨脹，在變冷時收縮。溫度會影響體積，而體積會影響壓力。
空氣有體積。空氣佔據一定的體積。這個體積與壓力和溫度相互關聯。如果將空氣擠壓到更小的空間，空氣會變得更熱。當您給腳踏車輪胎充氣時，這很容易證明。您泵得越用力，空氣就越熱，手泵也越熱。由於箱子內所含空氣的數量會隨著溫度和壓力的變化而變化，因此必須說明溫度和壓力。
空氣中通常含有一些水蒸氣。空氣有點像海綿，如果有水在周圍，它會試圖吸收它。像海綿一樣，它只能容納一定量的水，然後就會飽和。同樣像海綿一樣，如果您擠壓它（壓縮它），水就會滴出來。幹海綿中沒有水；因此，它的相對溼度為 0%。浸溼的海綿不能再吸收任何水，因為它已經飽和。因此，這塊海綿的相對溼度為 100%。
空氣通常具有一定的速度。您每天都可以看到這一點，樹葉被微風吹起並被吹到路上。室外空氣速度是風力的函式。房間內空氣的速度可能很低，為 0.25 米/秒，或者在壓縮空氣管道中更高得多。
“伯努利原理”的建立是在 18 世紀，由丹尼爾·伯努利這位名叫的科學家發現的，他發現了一種流體速度和壓力之間的有趣關係，這就是今天我們稱之為它的原因。該原理指出，流體中的壓力隨著流體速度的增加而降低。該原理適用於所有學科，如空氣、水或任何其他流體。
一個完美的例子是，孩子可以對著呈翼型的一張紙吹氣，這將導致紙張升起。在紙張頂端快速流動的空氣會降低該點的空氣壓力，而紙張會透過來自下方的大氣壓力的作用而升起。另一個完美的例子是飛機機翼，其設計在頂部呈曲線，底部平坦，迫使空氣在頂部比在底部流動得更快。這會降低上表面的壓力，從而從機翼下方的氣壓中產生升力。
- 水的物理狀態 - 將物質分類為固體、液體或氣體。
- 沸點 - 物質從液體變為氣體的溫度。
- 水的沸點為 100 攝氏度。
- 熔點 - 物質從固體變為液體的溫度。
- 水的熔點為 0 攝氏度。
- 凝固點 - 物質從液體變為固體的溫度。
- 水的凝固點為 0 攝氏度。
- 水蒸發是物質從液體變為氣體（蒸發）的物理變化。
- 水凝結是物質從氣體變為液體的物理變化。
壓力是指作用在物體上的力，它作用在一定的空間面積上，當物體浸沒時，它會影響浮力。浸沒在水中的物體將受到浮力，該浮力等於被浸沒所取代的水的重量。
如果重力（向下）力小於浮力（向上）力，物體就會漂浮。因此，換句話說，如果物體的重量小於它所取代的水量，物體就會漂浮。這解釋了為什麼石頭會下沉，而大船會漂浮。石頭很重，但它只取代了一點點水。
為什麼船能在水上漂浮？船能漂浮是因為它們取代了足夠的水，使浮力大於作用在船上的重力。被取代的水試圖回到它原來的位置，現在被船佔據，這會將船向上推。這種效應被稱為浮力。重力作用在船上的拉力會受到其重量的影響。這兩個力中哪個更強決定了船是漂浮還是下沉。
神奇的水杯魔術
將玻璃杯三分之一充滿水。用索引卡蓋住杯口，將杯口朝下（用手指按住卡片）倒置在水槽上。鬆開按住卡片的手。瞧！卡片仍然留在杯口，因為空氣比水重，卡片受到空氣向上推力的作用約為 15 磅，而水向下推力的作用約為 1 磅，因此卡片仍然留在杯口。（當你熟練後，可以嘗試對著某人的頭頂表演這個魔術。）
噴泉瓶
用一塊粘土包裹一根長吸管，將吸管密封在 2 升裝蘇打水瓶的瓶口上，並將瓶子裝入半瓶水。用力吹進吸管。當你往瓶子裡吹氣時，氣壓會增加。這個較高的氣壓會向水施加壓力，迫使水向上從吸管中噴出。
親吻氣球
吹起兩個氣球。在每個氣球上系一根繩子。用兩隻手分別抓住一根繩子，使氣球位於鼻子水平線，相距 6 英寸。用力吹氣球之間的空間，觀察氣球移動！當你吹氣球之間的空間時，氣壓會降低（想象一下空氣分子就像乒乓球...當它們飛過時，它們沒有足夠的時間接觸氣球表面）。沒有移動的周圍空氣現在處於更高的壓力下，將氣球推到一起。