水往高处流?

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论文部分内容阅读

实验器材


  塑料瓶、玻璃杯、长橡皮(塑料)管、弯折吸管、剪刀、强力夹、透明胶(防水布)、食用色素、水

实验步骤


  1将塑料瓶从中上部剪开,保留底部一半以上,用剪刀在塑料瓶下方或侧方开洞,保证能让吸管穿入即可。
  2将吸管长端从瓶中的孔洞穿出去,吸管弯折的短边留在瓶中,形成一个V字形,然后用防水胶布将孔洞边缘粘牢固,做到防水水平。
  3在水中添加一定量的色素,保证液面接近但是不超过吸管的最高点,即弯折处。这时不会有液体流出来,这是因为有一部分液体被封住,导致吸管中的液体无法连通。

知识链接


  “小小”的虹吸现象是怎样影响市政排水的?
  虹吸原理在建筑排水,市政排水,水利工程等各方面均有应用。20世纪60年代,瑞典的几位科学家把虹吸的原理应用到现代建筑上去,最初解决了建筑屋面的雨水排水系统,当时在研究的初期,采用的是一种满管压力流的系统,从而在管道式屋面雨水排放系统方面取得了重大突破。虹吸排水系统与传统的雨水系统相比,管径小,排出量大,立管少,对建筑立面和空间的影响小。

实验步骤


  4再加少量液体,使液面超过最高的弯折处,观察出水口的变化和最终状态的变化。
  5接下来将塑料瓶放置在桌子等相对高些的位置,在塑料中放置长橡皮(塑料)管,由于管子較长可能有一定重量,可以悬挂在某一个位置,保证管子能够延伸到嘴边位置。
  6下面需要你坐在比桌子矮的椅子上,用嘴吸一下长管喝到瓶中水,之后无需再用力吮吸,水就会自动流入口中,不想继续享用时,可用强力夹封住出口端,待想喝时,打开夹子即可。

实验原理


  本实验利用了物理中的虹吸现象,虹吸现象是液态分子间引力与位差形成的。即应用水柱压力差,使得高压一端的液体能够越过某个高点再向低压端持续排出。直到两边的大气压力相等,容器内的水面变成相等高度,水就会终止活动。看起来好像有一种水往高处走的错觉。

知识拓展:马桶中的虹吸原理


  家里常用的抽水马桶,大部分都采用了虹吸的原理。虹吸式马桶的原理是根据虹吸现象,借助冲洗水在马桶中的排污管道内充满水后构成的,当冲马桶的时候,水箱中的水会流入马桶,使马桶中液面的最高点超过后方S形管道的最高点,即让后方管道中完全充满水,这时由于马桶和排水管处具有液面高度差,所以水会向着排水管尾部排出。而当马桶水面降低到低于S形管道最高处一定距离的时候,虹吸的水量不足,停止排水,马桶中会预留一部分水用来液封管道,避免味道返流。
  (责任编辑/陈天昊 美术编辑/胡美岩)
家用虹吸马桶结构图
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