從馬桶的衝水設計中,我學會了如何躺著輕鬆喝飲料

2021-02-13 狂丸科學

來無影去無蹤的偷油賊在新聞中不時出現,他們經常開車疾馳而來,輕車熟路地把路邊卡車的油箱蓋子打開,之後插入管子往油箱裡面一插,開始偷油——不需要藉助什麼泵的外力作用,油就自己泵出來了。

這種「偷油」,就是利用虹吸現象的經典操作。

什麼是虹吸?簡單理解,就是液體通過重力產生壓力差,產生的一端高壓使液體能夠越過某個高點,最後持續排出。

在下面這張圖裡,B端到C端的水會由重力作用而排出。排出時,會使B端產生一個負壓,於是在A端氣壓的作用下,水會源源不斷壓進B端,然後不斷從C端排出,直到壓力平衡。

虹吸現象可不僅僅能「偷油」,它在人們的生活中發揮著重要的作用,例如在咱們的洗衣機和馬桶上,都有應用。

國外科普博主Steve Mould演示了滾筒洗衣機裡的虹吸現象,它被應用在「加洗衣液」的託盤上:

整個結構很簡單,由一個有水位孔的容器槽和一個蓋子所組成。

如果單純往容器槽裡面倒入液體,在漫過排出孔的高度時,液體高度便不會再增加了。

而當蓋上蓋子之後,奇妙的事情就發生了:在沒有外力幹擾的情況下,所有的液體被全部從排出孔吸走了。

為了更直觀的看到這個排除孔裡面發生了啥,Steve Mould特地製作了一個透明的板子來展示這個原理。

在往這個板子裡面加水的時候,可以看到水位在不斷上升,最後漫過了排出孔,不過,這時候並沒有發生虹吸現象。

直到這兩股水流聚合併徹底將空氣擠出,這時候,水由於重力作用從排出孔排出,於是虹吸就發生了。排出孔兩端的水位則不斷下降,因為兩側的水因為氣壓作用,被不斷壓進排出孔,直到重新有空氣進入排出孔,才使得壓力重新得到平衡。

此外,馬桶裡也有利用虹吸現象的設計,是用在馬桶衝水上的。

在拆開後的馬桶結構中,右側的細長的管子接通衝水的孔道,左側的寬大部分連接的是蓄水箱。

通常情況下,蓄水箱的水位只能漫過這裡。

而一旦水位漫過了頂部,之後通過重力往衝水孔排出後,那麼,就會發生「虹吸」現象,將蓄水箱裡的水排出。

那麼問題來了,如果蓄水箱的水位低於虹吸發生所需的水位,又該如何才能發生虹吸呢?

這時候,就不得不感慨一下設計的巧妙了。

在這個設計中,有一個開關啟動的提拉器,會將一部分水提出,使其漫過虹吸所需的水位。

而這個提拉,是通過一個塑料薄片實現的,同時也提到一個單向閥的作用,讓底下的水可以上來,上面的水下不去。

基於這個設計,在虹吸的作用下,衝水的時候,就能將蓄水箱裡的水完全衝出。

而除了馬桶和洗衣機,我們在生活中還可以利用虹吸原理來給魚缸換水:

亦或者是,躺著喝飲料——現在你應該知道了,當你這麼玩的時候,運用的原理,其實和馬桶是完全一致的。

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