一呼一吸

• 請成年人把膠樽的底部剪走，把氣球放進樽內、掛在樽口時，氣球底部要預留有1/3 至3/4吋的空間。
• 把水樽放在桌上，底部闊的開口向下，將氣球從樽口放入水樽內，只有氣球的開口突出來。把氣球的開口摺起，包着水樽口。氣球代表我們的肺部。
• 把水樽反轉（氣球仍然在內），水樽頂部放在桌上。以下的步驟，您會為模型製作和加上隔膜。
• 在另一個氣球的開口打個結，然後把另一邊約三分之一個氣球剪走，造成一個很大的開口。
• 把這個開口拉扯開，蓋着水樽那個闊大的開口。把氣球的邊緣往樽身拉高，令汽球表面輕輕舖開拉長；記住那個結應朝外，而且位置就在水樽開口的中間。
• 像充氣的氣球，我們的肺部也充滿了空氣。肺部分左右兩邊，被胸廓包圍，並由24條肋骨保護着。當您吸氣時，氣流會進入肺部。水樽內的氣球就像您一邊的肺部，而水樽就像您的胸廓。

• 拿起水樽，您會見裡面的氣球（代表肺部）。然後輕輕把結向下拉扯。水樽內的氣球怎麼了？
• 輕輕把結放開，讓它回到原來的位置，然後把它輕輕向內推。水樽內的氣球又怎麼了？
• 重複以上步驟多幾次。像我們的呼吸嗎？為甚麼？
• 哪部份像吸氣？哪部份又像呼氣呢？
• 如果您的模型運作良好，當您把結向外拉時，空氣就會跑進氣球裡去；把結向內推的時候，空氣就會流出來。為甚麼會這樣呢？
• 當我們放輕鬆地呼吸，分隔着胸腔和腹腔的肌肉，即橫隔膜會擴大或縮小胸腔。這跟您在模型上做的動作有甚麼相似的地方呢？
• 把那個結多拉下或推進幾次。使用這個模型，您知道橫隔膜的哪些動作造成吸氣？哪些造成呼氣嗎？
• 深呼吸，試感受自己的肋骨，然後呼氣。您感覺到胸廓向外擴張和退下嗎？
• 當我們做深呼吸的時候，橫隔膜的中間部份移動得最多，幅度多達４吋。在您做的模型裡，胸廓（即膠樽）是固定，但您可以比較用力的拉或推那塊「橫隔膜」。試一下，那是否會改變流入和流出氣球的空氣量呢？
• 額外實驗：在模型加上氣管。把氣球從水樽內取出來，把飲管放入氣球的開口內，然後用膠帶把氣球固定在飲管上。再把氣球連同小部份的飲管放入水樽內，用泥膠固定位置。請確定泥膠黏着覆蓋飲管和氣球周圍，令水樽不會漏氣。不用更改底部的氣球。您知道模型的哪個部份代表氣管嗎？
• 額外實驗：當身體強行排出空氣，以消除引起刺激的物質，就是咳嗽了。咳嗽時，您會作較深的呼吸，但卻不讓空氣在胸腔收縮時流出，而是要關閉喉嚨，並在肺部積累空氣。當喉嚨張開時，胸部會收縮得更多，空氣會以有力的方式衝出來。您能夠用模型來模仿咳嗽嗎？
• 額外實驗：找個方法，製作包括一支氣管和兩個支氣管（每個支氣管附有肺部）的模型。帶有一支氣管和一隻肺的模型是個好開始。那麼，如何增加一個肺部呢? 您知道擁有兩個肺部（左右兩邊各一個）對我們有甚麼益處嗎?

當您把結往後拉，水樽裡的空間增加了，氣球也充滿空氣。同樣，當我們體內的橫隔膜向下移，胸腔的空間增加，空氣流進肺部，我們就吸入空氣。當您把結往裡面推，水樽內的空間減少，氣球變扁了。同樣道理，當橫隔膜放鬆，胸腔空間減少，空氣從肺部擠出來，我們就呼出空氣。

當您把那個結用力往外拉或向內推，氣球會充氣和放氣多一點，這就與我們深呼吸的時候一樣，會有較大量的空氣進入或擠出。

這動態是因為有氣壓，即空氣擠壓物體的力度。當空氣所佔的空間減少，氣壓增加，相反，當空氣所佔的空間增加，氣壓就會減少。把脆弱的空膠樽的蓋扭緊，然後嘗試擠壓它；要把它壓扁很難！因為裡面的空氣向外推。但如果打開水樽，然後再次嘗試擠壓，這就容易得多了，因為空氣向外推的力度大大減小。除非遇到甚麼阻礙，否則空氣會從高壓區移到壓力較低的地方，這就是空氣出入肺部的情況了。當胸腔擴大時，肺部周圍的空間多了，使肺部得以擴張，變成低壓區，空氣就會湧入，以抵銷壓力的差距；呼氣時，胸腔和肺部收縮，肺部的氣壓增加，空氣就會跑出來。

此實驗來自《科學美國人》的「把科學帶回家」系列，並由3M科學家和合作夥伴主持。《科學美國人》准許複製由Science Buddies和Sabine De Branbandere創作的「我們如何呼吸」©2019。有關其他活動，請登入「將科學帶回家」。