小吸管,大原理

2021-02-25 新華網科普

說起吸管,我想大家一定都不陌生,我們在生活中會經常用到。用吸管喝水的同時,你想過吸管是怎麼把水吸上來的嗎?我們在用吸管喝水時,嘴巴吸的時候,把吸管內的空氣給吸掉了,這就造成吸管內的氣壓比吸管外面的氣壓小,進而吸管外面的氣壓便把水壓進吸管,我們也就喝到水了。


這裡面涉及一個概念,大氣壓強。空氣由於受到重力的作用,進而會對浸在它裡面的物體產生壓強,即大氣壓強,簡稱大氣壓或氣壓。由於空氣具有流動性,因而空氣會向各個方向都有壓強。在同一點,空氣向各個方向的壓強大小相等。


生活中利用這種原理的,還有吸鉤。當把吸鉤往牆上用力一按時,吸盤內的空氣便被擠掉,這就使得吸盤內的氣壓比吸盤外面的氣壓小,吸盤外面的氣壓便把吸盤按在了牆上。類似的還有抽水泵、抽水馬桶、打氣筒、打針使用的注射器以及鋼筆吸墨水等等。


吸管是1888年,由美國的馬文·史東發明的。當時在美國,人們喜歡喝冰鎮的淡香酒。如果直接對著杯子喝,嘴巴裡的熱氣便會減低了酒的冰鎮口感,所以,一開始他們想辦法,用天然的麥稈來吸。這樣便能解決這個問題。但是天然的麥稈很容易折斷,而且麥稈本身所帶的味道也會混合進酒中,影響酒的純正。這個問題一直沒得到解決。當時,馬文·史東是一名菸捲製造商,有一天,他從菸捲中得到靈感,便用紙做了一個吸管,發現很方便也很好用,還沒有什麼異味。如此,紙吸管便被廣泛採用。塑膠發明出來以後,因為塑膠的柔韌性很好且漂亮,可以做成各種顏色,人們便改良了紙吸管,採用塑料的吸管。吸管的發明就是這麼來的,只可惜,馬文·史東沒有申請發明專利。



在用吸管的時候,你有沒有想過,為什麼吸管要做成圓形的呢,而不是方形、橢圓形、三角形等等?

第二,圓形最省材料。這裡面涉及了一個數學的問題,用最少的材料圍成的最大面積,便是圓形。也就是說如果是同等內徑面積的話,圓形是最節省材料。面積最大,那麼我們用吸管吸水的速度便會很快。


其實,這還可以幫助我們來解釋生活中的另外一個現象。大樹的樹幹也大多都是圓形和橢圓形的,因為大樹中圓形的導管,會使得輸送養料更有效率。當然樹幹長成這個形狀,並不是我們選擇的結果,而是大自然選擇的結果。


作者:王懿

圖片來源於網絡

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