我們一起學科學 第九期——生活中的虹吸原理

2021-02-13 江西省科技館
 

明代的《種樹書》中曾記載:以竹為筒,「無底而竅其上,懸熟皮數寸,出入水中,氣自呼吸而啟閉之,一筒致水數鬥」。講的就是用竹筒製作虹吸管,利用虹吸原理引水澆灌樹苗的故事。

什麼是虹吸原理呢?虹吸原理是利用液面高度差的作用力現象。將液體充滿一根倒U形的管狀結構內後,將開口高的一端置於裝滿液體的容器中,容器內的液體會持續通過虹吸管向更低的位置流出。虹吸的實質是因為液體壓強和大氣壓強而產生。

 

如上圖所示,將一根倒U形管插入兩個水杯中,並使管內充滿液體,即使U形管底部高於液面,但在液體壓強和大氣壓強的作用下,容器內的液體依然持續從高位置向低位置流出。

生活中虹吸原理的應用也是無處不在,平時我們給魚缸換水,汽車司機用虹吸管從油桶中吸出汽油,上廁所用的坐便式抽水馬桶,洗澡用的淋浴裝置,草坪上的一些灌溉用的噴灑裝置,甚至醫院的洗胃裝置,以及一些屋面的排水系統等等,都是利用了虹吸原理。

 

如上圖所示,以坐便式抽水馬桶為例,馬桶內部有一個倒U形管道,即為虹吸管,當便池中快速進入足夠多的水時,虹吸管內被充滿液體後,高位置的水向低位置流出,從而實現衝水效果。

實際上中國古代很早就懂得應用虹吸原理。在東漢末年就出現了灌溉用的渴烏,西南地區的少數民族用一根去節彎曲的長竹管飲酒,漢朝發明的虹管燈等等,都是利用了虹吸的物理現象。而在上個世紀60年代,瑞典的幾位科學家就把虹吸的原理應用到現代建築上去,解決了建築屋面的雨水排水系統,虹吸原理在建築排水,市政排水,水利工程等各方面均有應用。

接下來,跟著科學老師一起,感受虹吸原理的魅力。

科學實驗一:水還能往高處流?

 

科學實驗二:一根吸管,就能將杯中的牛奶分你一半,你能做到嗎?

 

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