“謙受益,滿招損”—九龍杯中神奇的虹吸原理
2022-07-19由 中科院物理所 發表于 農業
虹吸現象是什麼意思啊
明朝皇帝朱元璋有一日宴請開國功臣,席間,他拿出一隻瓷質酒杯對大家說:“你們隨我南征北戰,各自有什麼功績心裡都有數,今天按功勞的高低,用此杯來斟酒喝吧!”說完,徐達第一個上前領賞。徐達一來好貪杯,二來自恃功高,於是把杯中酒斟得滿溢,誰知他剛端起酒杯,杯中的酒就漏光了。而其他人只要不斟滿酒,就能一飲而盡,眾人百思不得其解。朱元璋笑說: “ 正所謂‘
滿招損,
謙受益
’吶,哈哈哈哈。”
這個神奇的杯子叫做“
九龍公道杯
”,一旦把酒倒滿,酒就會順著中間的龍首漏個精光。這其中的原理就是我們今天要說的“
虹吸原理
”。
想要弄清楚什麼是虹吸原理,就得先明白液體中壓強如何計算,以及壓強在液體中是如何傳遞的,來看一個簡單的例子:
這是一個裝著水的容器,假設大氣壓強為P0,沿著圖中紅色箭頭所示路徑計算A,B,C三個點的壓強。
由液體壓強公式可知,A點的壓強
B點與A點在同一水平面,故
C位於B上方,故
這裡的 也可寫作,
但為了說明問題,我們採用之前的寫法,即
可見,液體中壓強沿某一路徑的傳遞,取決於研究物件的水平位置,這也是為什麼潛水員在深水區會感到水壓很大,呼吸困難。
有了以上的基礎,我們再來看一個經典的虹吸原理圖:
如圖所示,有兩個放置在不同水平面上的水杯,一個裝了水,另一個為空,兩者之間由一根兩側不等長的U型管連線,U型管短側插入到裝水水杯的底部,另一側對著空水杯。
再用嘴把水從U型管中吸出一點,使U型管被水所充滿,達到下圖位置:
取U型管的最高點處,對比其左右兩側的壓強
根據第一個例子我們可以知道
左側的壓強P左是由左邊水杯中的水傳遞給它的
於是根據杯中頁面與U型管最高點處的高度差可知
同理,右側的壓強為
顯然,H P 左 >P U型管左側的水將會源源不斷地自動被吸至右側,出現水往高處流的神奇現象。 需要注意的是,要想把左側杯子裡的水吸得乾淨,需要保證右側杯子中的液麵高度不超過U型管左側的高度,即下圖中的H>0。 在搞明白虹吸現象的基本原理後, 再回到開頭的 九龍公道杯 其結構大概是這樣: 這麼看來徐達一點也不冤枉吶 謙卑是一種美德~ 除了這裡提到的九龍公道杯,虹吸原理在我們的日常生活中也常能見到。比如虹吸式抽水馬桶,能大大增加排汙效率,減小堵塞。 現在能一眼看出它的工作原理嘛? 再比如可以拿來給魚缸換水, 省去了一勺一勺往外盛水的功夫~ 可見,看似簡單的虹吸效應在生活中經常被巧妙地運用,有了它,可以測試人品,可以讓水往高處流,可以讓你家的馬桶不再堵塞,還可以幫魚兒換水。。。真是妙哇!!!! END 轉載內容僅代表作者觀點 不代表中科院物理所立場 如需轉載請聯絡原公眾號 編輯:荔枝果凍