原理:虹吸原理:就是連通器的原理,加在密閉容器里液體上的壓強(qiáng),處處都相等。而虹吸管里灌滿水,沒(méi)有氣,來(lái)水端水位高,出水口用手掌或其他物體封閉住。此時(shí)管內(nèi)壓強(qiáng)處處相等。一切安置好后,打開出水口,雖然兩邊的大氣壓相等,但是來(lái)水端的水位高,壓強(qiáng)大,推動(dòng)來(lái)水不斷流出出水口。
虹吸原理的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用:中國(guó)人很早就懂得應(yīng)用虹吸原理。應(yīng)用虹吸原理制造的虹吸管,在中國(guó)古代稱“注子”、“偏提”、“渴烏”或“過(guò)山龍”。東漢末年出現(xiàn)了灌溉用的渴烏。西南地區(qū)的少數(shù)民族用一根去節(jié)彎曲的長(zhǎng)竹管飲酒,也是應(yīng)用了虹吸的物理現(xiàn)象。宋朝曾公亮《武經(jīng)總要》中,有用竹筒制作虹吸管把峻嶺阻隔的泉水引下山的記載。中國(guó)古代還應(yīng)用虹吸原理制作了唧筒。唧筒是戰(zhàn)爭(zhēng)中一種守城必備的滅火器。宋代蘇軾《東坡志林》卷四中,記載了四川鹽井中用唧筒把鹽水吸到地面。其書載:以竹為筒,“無(wú)底而竅其上,懸熟皮數(shù)寸,出入水中,氣自呼吸而啟閉之,一筒致水?dāng)?shù)斗。“明代的《種樹書》中也講到用唧筒激水來(lái)澆灌樹苗的方法,對(duì)于虹吸原理,中國(guó)古代也有論述。南北朝時(shí)期成書的《關(guān)尹子·九藥篇》說(shuō):“瓶存二竅,以水實(shí)之,倒瀉;閉一則水不下,蓋(氣)不升則(水)不降。井雖千仞,汲之水上;蓋(氣)不降則(水)不升。”有兩個(gè)小孔的瓶子能倒出水,如果閉住一個(gè)小孔,另一個(gè)小孔外面的空氣壓力會(huì)比瓶里水的壓力大,水就流不出來(lái)。唐代王冰《素問(wèn)》注中,有關(guān)大氣壓力的物理現(xiàn)象記述得較清楚,王冰曰:“虛管溉滿,捻上懸之,水固不匯,為無(wú)升氣而不能降也;空瓶小口,頓溉不入,為氣不出而不能入也。”指出一個(gè)小口的空瓶灌不進(jìn)水是因?yàn)槠坷餁怏w出不來(lái)。宋代俞琰在《席上腐談》中補(bǔ)充了前人的發(fā)現(xiàn),說(shuō);“予幼時(shí)有道人見教,則劇燒片紙納空瓶,急覆于銀盆水中,水皆涌入瓶而銀瓶鏗然有聲,蓋火氣使之然也;又依法放于壯夫腹上,挈之不墜。”在空瓶里燒紙,由于火把瓶里的一部分空氣趕出瓶外,火熄滅后瓶里就形成負(fù)壓,造成一定的真空,瓶外的空氣壓力就把瓶緊緊地壓在人腹上。如果把瓶放在水里,水就立即涌入瓶里。明代莊元臣在《叔苴子·內(nèi)篇》中也指出把葫蘆勺倒壓入水中,水并沒(méi)有進(jìn)入葫蘆里,這是因?yàn)楹J里有空氣。
虹吸現(xiàn)象是大氣壓的應(yīng)用,液體從液面較高的容器通過(guò)曲管越過(guò)高處而流入液面較低容器的現(xiàn)象。它發(fā)生的條件是曲管(虹吸管)里先要灌滿液體,同時(shí)于較高液面的液柱的壓強(qiáng)不超過(guò)大氣壓。
原理是:由于兩容器內(nèi)液面處大氣壓相等,曲管(虹吸管)里先要灌滿液體,并與兩容器內(nèi)液體相連,管內(nèi)液體在兩容器內(nèi)液面處的壓強(qiáng)不相等,結(jié)果兩容器內(nèi)液面處就產(chǎn)生一個(gè)壓強(qiáng)差,它產(chǎn)生的壓力使管內(nèi)液體由高處向低處流動(dòng),大氣壓的作用又使高容器內(nèi)的液體上升進(jìn)入管內(nèi)。
水的能量由位能(重力勢(shì)能)、壓能、動(dòng)能組成,在相同半徑管道中流動(dòng)的水體,各個(gè)截面上的流速相同。均勻虹吸管道中,由于動(dòng)能不變,如果忽略水的粘性,應(yīng)該是位能+壓能守恒。在虹吸管道的頂部,位能最大,壓能最小,并且壓強(qiáng)小于大氣壓(負(fù)壓)。所以,在虹吸管道頂部打一孔,水不會(huì)出來(lái),而是空氣進(jìn)去,壓強(qiáng)增大,虹吸中斷。推動(dòng)虹吸流動(dòng)的能量來(lái)源是虹吸管道進(jìn)出口之間的水位差,因?yàn)楣艿肋M(jìn)口的位能大于出口的位能,而進(jìn)出口的靜水壓強(qiáng)相等(等于大氣壓),從而促使水的流動(dòng)。即使有了這推動(dòng)力,但是虹吸不會(huì)自動(dòng)開始,首先必須在管道中制造出負(fù)壓條件。
就是連通器的原理,加在密閉容器里液體上的壓強(qiáng),處處都相等。而虹吸管里灌滿水,沒(méi)有氣,來(lái)水端水位高,出水口用手掌或其他物體封閉住。此時(shí)管內(nèi)壓強(qiáng)處處相等。一切安置好后,打開出水口,雖然兩邊的大氣壓相等,但是來(lái)水端的水位高,壓強(qiáng)大,推動(dòng)來(lái)水不斷流出出水口。
虹吸原理的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用:中國(guó)人很早就懂得應(yīng)用虹吸原理。應(yīng)用虹吸原理制造的虹吸管,在中國(guó)古代稱“注子”、“偏提”、“渴烏”或“過(guò)山龍”。東漢末年出現(xiàn)了灌溉用的渴烏。西南地區(qū)的少數(shù)民族用一根去節(jié)彎曲的長(zhǎng)竹管飲酒,也是應(yīng)用了虹吸的物理現(xiàn)象。
虹吸現(xiàn)象是液態(tài)分子間引力與位能差所造成的,即利用水柱壓力差,使水上升后再流到低處。由於管口水面承受不同的大氣壓力,水會(huì)由壓力大的一邊流向壓力小的一邊,直到兩邊的大氣壓力相等,容器內(nèi)的水面變成相同的高度,水就會(huì)停止流動(dòng)。利用虹吸現(xiàn)象很快就可將容器內(nèi)的水抽出。 虹吸管是人類的一種古老發(fā)明,早再公元前1世紀(jì),就有人造出了一種奇特的虹吸管。 事實(shí)上,虹吸作用并不完全是由大氣壓力所產(chǎn)生的,在真空里也能產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象。使液體向上升的力是液體間分子的內(nèi)聚力。在發(fā)生虹吸現(xiàn)象時(shí),由於管內(nèi)往外流的液體比流入管子內(nèi)的液體多,兩邊的重力不平衡,所以液體就會(huì)繼續(xù)沿一個(gè)方向流動(dòng)。在液體流入管子里,越往上壓力就越低。如果液體上升的管子很高,壓力會(huì)降低到使管內(nèi)產(chǎn)生氣泡(由空氣或其他成分的氣體構(gòu)成),虹吸管的作用高度就是由氣泡的生成而決定的。因?yàn)闅馀輹?huì)使液體斷開,氣泡兩端的氣體分子之間的作用力減至0,從而破壞了虹吸作用,因此管子一定要裝滿水。在正常的大氣壓下,虹吸管的作用比在真空時(shí)好,因?yàn)閮蛇吂芸谏纤艿降拇髿鈮禾岣吡苏麄€(gè)虹吸管內(nèi)部的壓力。