有趣的虹吸現(xiàn)象14

1、有趣的虹吸現(xiàn)象7遼寧省四中 一、虹吸現(xiàn)象 虹吸是生活中最常見的物理現(xiàn)象之一。而虹吸管里灌滿水，沒有氣， 一切安置好后，打開出水口，都相等。 處相等。 出水口。虹吸原理就是連通器的原理，加在密閉容器里液體上的壓強，處處 來水端水位高，出水口用手掌或其他物體封閉住。此時管內(nèi)壓強處 雖然兩邊的大氣壓相等，但是來水端的水位高，推動來水不斷流出虹吸現(xiàn)象不僅在古代有很豐富的應(yīng)用，它在現(xiàn)代生活中也有很廣泛的應(yīng)用。二、虹吸原理 虹吸現(xiàn)象是液態(tài)分子間引力與位能差所造成的，即利用水柱壓力差，使水 上升后再流到低處。由于管口水面承受不同的大氣壓力，水會由壓力大的 一邊流向壓力小的一邊，直到兩邊的大氣壓力相等，容器內(nèi)

2、的水面變成相 同的高度，水就會停止流動。利用虹吸現(xiàn)象很快就可將容器內(nèi)的水抽出。ft-三、虹吸實驗解釋A、B兩個液用圖1所示的裝置來說明這種現(xiàn)象的原理，當(dāng)充滿水的管子將面高度不同水槽連接后，C處受到向右的壓強為：Eh ,向左圖1裝a示意圖的壓強： 2 PAh,其中：代為大氣壓。由于hi>hi，所以有P L。則液片C將向左移動,即容器B中的水向容器 A中流淌。只要B中的液面高于 A中的液面，水就會流動不停，直到兩容器中的液面相平，即B中的水流完為止。四、虹吸現(xiàn)象的應(yīng)用歷史虹吸管是人類的一種古老發(fā)明，早在公元前1世紀，就有人造出了一種奇特的虹吸管。中國人很早就懂得應(yīng)用虹吸原理。應(yīng)用虹吸原理制造

3、的虹吸管，在中國古代稱“注子”、“偏提”、“渴烏”或“過山龍”。東漢末年出現(xiàn)了灌溉用的渴烏。西南地區(qū)的少數(shù)民族用一根去節(jié)彎曲的長竹管飲酒，也是應(yīng)用了虹吸的物理現(xiàn)象。宋朝曾公亮武經(jīng)總要中，有用竹筒制作虹吸管把峻嶺阻隔的泉水引下山的記載。中國古代還應(yīng)用虹吸原理制作了唧筒。宋代蘇軾記載了四川鹽井中用唧筒把鹽水吸到地面。明代的種樹書中也講到用唧筒來澆灌樹苗的方法五、虹吸的應(yīng)用1.虹吸原理在古代的應(yīng)用虹吸在古代的應(yīng)用很廣泛，虹吸可以用于農(nóng)業(yè)灌溉，戰(zhàn)爭滅火，兒童玩具，也可以用于計時工具等?？蕿踔袊糯暮缥?。據(jù)后漢書張讓傳記載，東漢中平三年(186)掖庭令畢嵐“作翻車、渴烏,施于橋西，用灑南北郊路”，是

4、渴烏的最早記載。唐李賢在對張讓傳進行注釋時，用“以氣引水上也”說明渴烏依靠氣壓差引水的工作原理，當(dāng)然其前提條件是進口端的高程高于出口端。唐杜佑所著通典載，渴烏可以“隔山取水”。方法是以大竹筒套接成彎管，以麻漆封裹，密不透氣，跨過山巒，將臨水一端置于水面之下五尺，然后在出口端放松樺枝葉和干草等易燃物，點燃后，稍冷，筒內(nèi)形成相對真空，即可吸水而上。明清人又稱為過山龍，也用以由缸內(nèi)取酒。小型渴烏也用作刻漏的注水部件等。唧筒如圖2所示就是中國古代應(yīng)用虹吸原理制作的唧筒。唧筒是戰(zhàn)爭中一種守城必備的滅火器。唧筒也是兒童游戲用的水槍。北宋王延德敘其所見當(dāng)?shù)鼐用?風(fēng)俗口：“以銀或輸（黃銅）為筒，貯水，激以相射

5、，或以水交潑為戲，謂之 壓陽氣，去病”。秤漏圖3所示的就是秤漏。秤漏是一種特殊類型的漏刻， 是用中國秤稱量流入受水壺中水的重量來進 行計時的儀器。它有一只供水壺，通過一根虹吸管（即古代的渴烏）將水引到 一只受水壺（稱為權(quán)器）中。權(quán)器懸掛在秤桿的一端，秤桿的另一端則掛有平衡錘。當(dāng)流入權(quán)器中的水為升時，重量為一斤，時間為一刻。其以供水壺流出的水的重量作為計時標準，以秤桿作為顯時系統(tǒng)是秤漏的巧妙之處，且據(jù)測定秤漏的日誤差不大于1分鐘。Z'圖3秤漏蓮花漏如圖4所示的是蓮花漏。它是由一個受水壺，再用兩根叫“渴烏”的細管，利用虹吸原理，把放水壺中的水，逐步放到受水壺 中，使受水。壺中水平面高度保持

6、恒定。相等時間內(nèi)受水壺的水流速度恒定，據(jù)以測定時間。蓮花漏實物 已不存在。東林寺晉僧慧安，在廬山的蓮花漏計時。于泉水上立十二葉芙蓉，因波水轉(zhuǎn)，分定十二時。2 .在現(xiàn)代生活中的應(yīng)用虹吸原理不僅在古代多方面的應(yīng)用，在現(xiàn)代生活中虹吸原理也有很重要的應(yīng)用：非洲的“鬼湖”圖爾 卡那湖，現(xiàn)代生活中人人都離不開馬桶，用于水處理的虹吸濾池，用于雨水收集的虹吸屋面排水系統(tǒng)，用 于醫(yī)療的洗胃等等。鬼湖圖5所示的就是鬼湖。在非洲肯尼亞北部，有一望不盡的沙漠，沙漠上有一個奇怪的湖泊，時隱時現(xiàn)，被人們成為“鬼湖”， 這就是非洲著名的圖爾卡納湖，又名碧玉湖。當(dāng)人們來到湖畔，只見碧波蕩漾，清澈照人，可是不一會遼 闊的水面就

7、消失得無影無蹤，成為一片茫茫沙漠。制造“鬼湖”的原因是由于在“鬼湖”附近可能有一個 比“鬼湖”地勢高的地下空洞，貯存著由別處滲流而來的地下水，并有一個類似虹吸泉那樣的地下坑道將“鬼湖”同地下空洞連接在一起。當(dāng)虹吸現(xiàn)象出現(xiàn)時，地下空洞里的水大量流出，便出現(xiàn)“鬼湖”，而由于“鬼湖”地處沙漠之上，即使水量再大，也會不消多長時間就流到沙層下面或者滲流到別處去了。馬桶圖6所示的就是虹吸式馬桶。虹吸式馬桶的原理：虹吸式坐便器的結(jié)構(gòu)是排水管道呈“S”型，在排水管道充滿水后會產(chǎn)生由于虹吸式坐便器沖排是不定的水位差，借沖洗水在便器內(nèi)的排污管內(nèi)產(chǎn)生的吸力將便便排走, 是借助水流沖力，所以池內(nèi)存水面較大，沖水噪音較

8、小。虹吸濾池圖7所示的就是虹吸濾池。虹吸濾池的工作原理：虹吸濾池它用抽真空來形成虹吸，以連通水流，用進空氣來破壞虹吸，以切斷 水流。在過濾過程中，每格濾池中的水位隨著濾料阻力的增大而升高，以保持等速過濾。當(dāng)運行到一定時間后，濾池就需要反洗，反洗時，首先破壞其進水的虹吸現(xiàn)象，使水不再進入該格濾池， 當(dāng)水位下降顯著緩慢時,用真空系統(tǒng)形成反洗虹吸，反洗作業(yè)開始。當(dāng)反洗排出水較清時，立即破壞反洗虹吸，停止反洗，隨即啟 動進水虹吸管，投入運行。j如A圖7虹吸濾池虹吸式屋面排水系統(tǒng)圖8所示的就是虹吸式屋面排水系統(tǒng)。圖s虹吸式屋面排水系統(tǒng)虹吸式屋面排水系統(tǒng)的工作原理：虹吸式屋面雨水排除系統(tǒng)是在一相流狀態(tài)下滿

9、管流運行的。系統(tǒng)的工作原理符合水流運動的能量守恒及其轉(zhuǎn)化定律。連接管內(nèi)的壓力可能是正壓也可能是負壓。隨著懸吊管的延伸管內(nèi)負壓值增大，至懸吊管與立管的轉(zhuǎn)折處負壓值最大，隨立管的下降負壓值減小，至立管的某點壓力值為零， 其后壓力值為正壓并逐漸增大再逐漸減小，從而系統(tǒng)在虹吸水力作用下工作。洗胃圖9所示的就是洗胃過程。洗胃是指將胃管由口腔或鼻腔經(jīng)食管插入胃內(nèi)，利用重力和虹吸作用的原理用大量的溶液對胃腔進行沖洗的方法。多用于誤服或自服有害物質(zhì)的病人。胃管虹吸法是醫(yī)生給食物中毒病人洗胃常用的方法，操作方便。利用虹吸法給病人 胸腔、腹腔穿刺放液，省時省力，相對于常規(guī)注射器抽吸法有一定的優(yōu)勢。虹吸式咖啡壺圖1

10、0所示的就是虹吸式咖啡壺。煮咖啡時，下壺的水沸騰產(chǎn)生水蒸氣將水壓至上座，煮好后關(guān)火溫度下降，咖啡再被吸到下座。rnKJnMi虹吸現(xiàn)象虹吸現(xiàn)象一利用液面高度差的作用力現(xiàn)象，可以不用泵而吸抽液體。將液體充滿根倒U形的管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)（稱為虹吸管）后，將開口高的一端置于裝滿液體的容器中，容器內(nèi)的液體會持續(xù)圖10虹吸式咖啡壺通過虹吸管從開口于更低的位置流出。這種結(jié)構(gòu)下，開口低的一端液體因為重力原因流出，同時管內(nèi)及開 口高的一段容器內(nèi)的液體因為分子粘聚力的作用，持續(xù)向開口低的方向流動，直至開口高的一端的容器和 吸管內(nèi)所有的液體全部流完為止。其實質(zhì)是因為重力和分子間粘聚力而產(chǎn)生。虹吸現(xiàn)象原理虹吸現(xiàn)象是液態(tài) 分子

11、間 引力與位能差所造成的，即利用水柱 氣壓力，水會由 等，壓力差I(lǐng)，使水上升后再流到低處。 由于管口水面承受不同的 壓力大的一邊流向壓力小的一邊，直到兩邊的大氣壓力相 容器內(nèi)的水面變成相同的高度，水就會停止流動。利用虹吸現(xiàn)象很快就可 將容器內(nèi)的 水抽出。當(dāng)然，重力在虹吸過程中也扮演了重要的角色。大r虹吸現(xiàn)象出處虹吸管是人類的一種古老發(fā)明，早在 的虹吸管。公元前1世紀，就有人造出了一種奇特中國應(yīng)用虹吸原理制造的虹吸管,在中國古代稱“注子”、“偏東漢末年出現(xiàn)了灌溉用的渴烏。的長竹管飲酒，也是應(yīng)用了虹吸的物理現(xiàn)象。宋朝提”、“渴烏”或“過山龍”。西南地區(qū)I的少數(shù)民族用一根去節(jié)彎曲曾公亮武經(jīng)總要中，有

12、用竹筒制作虹吸管把峻嶺阻隔的泉水引下山的記載。中國古代還應(yīng)用虹吸原理制作了唧筒。唧筒是戰(zhàn)爭中一種守城必備的滅火器。宋代 蘇軾東坡志林卷四中，記載了四川鹽井中用唧筒把鹽水吸到地面。其書載：以竹為筒，“無南北朝時期成書的關(guān)尹子九藥底而竅其上，懸熟皮數(shù)寸，出入水中，氣自呼吸而啟閉之，一筒致水?dāng)?shù)斗?！懊鞔姆N樹書中也講到 用唧筒激水來澆灌樹苗的方法，對于虹吸原理，中國古代也有論述。篇說：“瓶存二竅，以水實之，倒瀉；閉一則水不下，蓋（氣）不升則（水）不降。井雖千仞，汲之水 上；蓋（氣）不降則（水）不升?！庇袃蓚€小孔的瓶子能倒出水，如果閉住一個小孔，另一個小孔外面的空氣壓力會比瓶里水的壓力大，水就流不出來

13、。唐代王冰素問注中，有關(guān)大氣壓力的物理現(xiàn)象記述得較清楚，王冰曰：“虛管溉滿，捻上懸之，水固不匯，為無升氣而不能降也；空瓶小口，頓溉不入，為氣不出而不能入也。”指出一個小口的空瓶灌不進水是因為瓶里氣體出不來。宋代俞琰在席上腐談中補充了前人的發(fā)現(xiàn)，說；“予幼時有道人見教，則劇燒片紙納空瓶，急覆于銀盆水中，水皆涌入瓶而銀 瓶鏗然有聲，蓋火氣使之然也；又依法放于壯夫腹上，挈之不墜?！痹诳掌坷餆?，由于火把瓶里的一部 分空氣趕出瓶外，火熄滅后瓶里就形成負壓， 造成一定的真空，瓶外的空氣壓力就把瓶緊緊地壓在人腹上。 如果把瓶放在水里，水就立即涌入瓶里。明代莊元臣在叔苴子內(nèi)篇中也指出把葫蘆勺倒壓入水中， 水并沒有進入葫蘆里，這是因為葫蘆里有空氣。虹吸現(xiàn)象事實上，虹吸作用并不完全是由作用大氣壓力所產(chǎn)生的，在真空里也能產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象。使液體向上升內(nèi)聚力。在發(fā)生虹吸現(xiàn)象時，由于管內(nèi)往外流的液體比流入管內(nèi)的液體多，兩邊的的力是液體間分子的重力不I平衡帀以液體就會繼續(xù)沿一個方向流動。液體流入管內(nèi)，越往上壓力就越低。如果液體上升的 管子很高，壓力會降低到使管內(nèi)產(chǎn)生氣泡（由空氣或其他成分的氣體構(gòu)成），虹吸管的作用高度就是由氣 泡的生成而決定的。因為氣泡會使液體斷開，氣泡兩端的氣