科學大發現:大氣壓力下的希羅噴泉

2020-12-05 愛科學的恐龍哥哥

生活中的噴泉是怎麼工作的?

水都是往低處流的,你見過水往高處流嗎?其實生活中的噴泉也是水往高處流的哦!那麼你們在哪見過噴泉呢?噴泉為什麼可以實現水往高處走呢?

你知道噴泉中的水往高處流,是怎麼流的嗎?

生活中人工製造的噴泉都是靠水泵抽上去的。而水泵是需要用電的,也就是把電能轉化為動能。

水泵

那你見過不依靠電力就能噴出水來的噴泉嗎?現在讓我們一起來探究吧!

大家可以準備教具:兩根吸管(一長、一短),和一瓶帶蓋裝水的飲料瓶,將長吸管插在水中。接下來在不能移動飲料瓶的情況下(也不可以擠壓瓶身),怎樣使瓶中水往高處流呢?

我們可以這樣做:

這是為什麼呢?

原因就是當我們用嘴向瓶中吹氣後,氣體變多了,增加了瓶內的氣壓,氣體對水產生了力,就把水從吸管中壓出來了。

(原理:瓶裡的水本來受到大氣壓維持平衡,但是人用嘴向瓶中吹氣,增加了瓶內的氣壓,而管口的氣壓及瓶外氣壓相對瓶內氣壓較小,產生了壓力差,水自然就從標有藍箭頭的管內流出來了。)

為什麼吹的氣可以把水壓上來呢?

原來在我們的周圍,充滿了空氣,雖然看不見摸不著,但是無處不在。地球周圍被厚厚的空氣層包圍著,這層空氣又叫大氣層。

大氣層又稱大氣圈,是圍繞著地球的一層混合氣體,是地球最外部的氣體圈層。大氣層的厚度大約在1000千米以上,但沒有明顯的界限。整個大氣層隨高度不同表現出不同的特點,分為對流層、平流層、中間層、熱層和散逸層,再上面就是星際空間了。

對流層 這一個層次從地面向上,直到10千米左右的範圍,是大氣層的最底層,厚度(8~17公裡)隨季節和緯度而變化,隨高度的增加平均溫度遞減率為6.5℃/公裡,有對流和湍流。天氣現象和天氣過程主要發生在這一層。

平流層 從對流層頂向上到約50千米附近。

中間層 自平流層頂到85公裡之間的大氣層。

熱層即電離層(Ionosphere)/暖層(Thermosphere)是地球大氣的一個電離區域。60公裡以上的整個地球大氣層都處於部分電離或完全電離的狀態,電離層是部分電離的大氣區域,完全電離的大氣區域稱磁層。也有人把整個電離的大氣稱為電離層,這樣就把磁層看作電離層的一部分。大約距地球表面10~80公裡。

散逸層在暖層之上,為帶電粒子所組成。

液體有重力,且有流動性,對浸在裡面的物體向各個方向都有力的作用,那麼空氣對浸在它裡面的物體呢?由於氣體像液體一樣具有重力和流動性,因而空氣內部向各個方向以及對浸在大氣裡面的物體都有力的作用。

這個力的作用也就是大氣壓力,顧名思義大氣對浸在它裡面的物體的壓強,叫做大氣壓強,簡稱大氣壓。

平常我們怎麼感覺不到氣壓呢?

人體體內氣壓與體外氣壓相互抵消掉了, 所以感覺不到。空氣密度隨拔高度的增高而迅速減小。因為在地球引力的作用下,離地球表面越近,引力越強,空氣向低層密集,處在最底層的地面附近空氣密度最大,愈向上氣壓愈低,密度也愈小。高原反應就是因為海拔高的地方,空氣太稀薄,缺氧。

希羅噴泉和大氣壓有什麼聯繫?

現代的噴泉都是依靠電力通過水泵提供水壓將水噴出來的,但是在古希臘時期,一位名叫希羅(Heron of Alexandria),又譯海倫(公元62年左右,生平不詳)的力學家就發明出了一種不用電而用大氣壓強的原理製作的噴泉——希羅噴泉。西羅設計噴泉是由三個容器組成的,上面一個是沒有蓋的碟子,下面兩個是密閉的球,這三個容器用三根管子連了起來。這就是西羅噴泉老的形式。據說,這個看似簡單的發明,卻在當時受到人們的廣泛關注,後人也不斷在此基礎上,簡化了希羅噴泉的設計。

簡化的希羅噴泉

希羅噴泉應用了大氣壓強原理,從而形成自然噴水。

課後大家可以去查閱一下澆熱水噴泉和虹吸噴泉,這樣子對於噴泉的知識你基本就掌握!我們下期再見!

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