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张力|让潜水员闻风丧胆的物理现象，杀死了三分之二的殉职潜水员( 二 )


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即使7个人上前营救 ， 这个可怜工人的面部也在水下泡了超过1分钟 。 最后 ， 队友直接开抽水机 ， 把污水抽干净 ， 这位工人才得救 。 洪水过后清淤工作的危险性可见一斑 。
张力|让潜水员闻风丧胆的物理现象，杀死了三分之二的殉职潜水员
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看到这里 ， 许多人可能不敢去游泳了 。 可是你知道吗 ， 能使你窒息的差压也存在于你的体内 。 你之所以能愉快呼吸 ， 也是因为你身体的精妙设计帮你撑住了差压 。
是这样的 ， 肺部有点像吹起来的气球 。 气球很有弹性 ， 表面张力很大 。 气球的表面张力要能承受内外的差压 ， 这样气球才不会爆炸也不会漏气 ， 处于平衡状态对吧 。
不过人的肺不是一个气球 ， 而是由好多好多互联的气球——肺泡构成的 。 肺泡的大小不一 ， 连起来会出大事 。
张力|让潜水员闻风丧胆的物理现象，杀死了三分之二的殉职潜水员
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肺泡
出什么大事？
看看两个大小不一的气球连一起的实验你就懂了 。 如果盲猜 ， 两个大小不一的气球连通后 ， 应该是最后变得一样大？
 
其实不是的 ， 大的气球会把小的气球的气吸走 ， 你也可以自己动手试试验证一下——
张力|让潜水员闻风丧胆的物理现象，杀死了三分之二的殉职潜水员
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决定这种现象的 ， 是杨-拉普拉斯公式(Laplace-Young Equation) 。
 
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杨-拉普拉斯公式 。 Δp是膜两边的压力差 。 γ 是膜表面张力 。 R 是球体半径 。
根据杨-拉普拉斯公式 ， 泡泡越大 ， 泡泡内外的差压就越小 。 因为大家外面都是一个大气压 ， 所以越小的气球内部气压越大 ， 里面的气体很想被放出去 。
 
气体会从气压大的地方向气压小的地方扩散 ， 所以如果两个气球连通 ， 小气球里的气会吹向大气球 ， 导致大气球越来越大 。 这也是为什么吹气球最难的时刻是刚开始把气球吹开的时刻 ， 气球吹大之后再吹反而容易了 。
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所以问题就来了：只要有一个肺泡比别人大 ， 它就会吸走其他小肺泡里的气体 ， 大肺泡越来越大最后撑爆 ， 小肺泡都被吸瘪了 ， 那肺还怎么呼吸呢？这种情况也确实存在 ， 在医学上叫做肺不张（atelectasis） 。
在1929年 ， 德国生理学家库尔特·冯·尼尔加德 (Kurt von Neergaard) 在研究杨-拉普拉斯公式时首先注意到了它和肺不张的关系 ， 并且准确猜到肺部的解决方法 。
他认为 ， 肺部一定有防止肺泡团灭的机制 ， 这种机制存在于肺泡表面的液体中 。
张力|让潜水员闻风丧胆的物理现象，杀死了三分之二的殉职潜水员
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水黾因为水的表面张力站在水面上 。
原来 ， 肺泡上有一层液体薄膜 。 和气球类似 ， 这层液膜具有表面张力 。
而根据杨-拉普拉斯公式 ， 差压和液体表面张力成正比 ， 和肺泡的大小（直径半径）成反比 。 因此冯·尼尔加德大胆猜测 ， 如果要减小小肺泡的差压 ， 避免小肺泡内部的气体被大肺泡吸走 ， 只要减小肺泡表面液膜的表面张力就可以了 。
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肺泡随着呼吸伸缩 。
不过在当时 ， 他只猜中了肺泡表面液膜的功能 ， 却并没有发现究竟是什么改变了这层液膜的表面张力 。
又过了30多年 ， 医学界才真正意识到冯·尼尔加德是对的 ， 肺泡真的可以分泌调节表面张力的物质 。
实际上 ， 这种物质和肥皂液类似 ， 是一种表面活性剂——肺部界面活性剂 ， 主要成分是二棕榈酰磷脂酰胆碱 。 在大小肺泡差压不同的情况下 ， 只要加入肺部界面活性剂 ， 就可以有效降低液膜的表面张力 ， 使小肺泡不会塌陷 。
肺部界面活性剂的发现 ， 也完美地解释了早产儿为何常有呼吸困难的问题 。
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原来在胚胎发育的第24周 ， 胎儿的肺部细胞开始少量生产肺部界面活性剂 。 到了第34周 ， 肺部界面活性剂的分泌才开始突增 ， 这个时候出生的孩子的肺泡才不容易团灭 。


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