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    “谦受益,满招损”—九龙杯中神奇的虹吸原理

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    • Lv.6十幺米空洞
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      明朝皇帝朱元璋有一日宴请开国功臣,席间,他拿出一只瓷质酒杯对大家说:”你们随我南征北战,各自有什么功绩心里都有数,今天按功劳的高低,用此杯来斟酒喝吧!”说完,徐达第一个上前领赏。徐达一来好贪杯,二来自恃功高,于是把杯中酒斟得满溢,谁知他刚端起酒杯,杯中的酒就漏光了。而其他人只要不斟满酒,就能一饮而尽,众人百思不得其解。朱元璋笑说: ” 正所谓‘ 谦受益,满招损 ’呐,哈哈哈哈。”

       

       

       

      “谦受益,满招损”—九龙杯中神奇的虹吸原理

       

       

       

      这个神奇的杯子叫做“九龙公道杯”,一旦把酒倒满,酒就会顺着中间的龙首漏个精光。这其中的原理就是我们今天要说的“虹吸原理”。

       

      “谦受益,满招损”—九龙杯中神奇的虹吸原理

       

       

       

      想要弄清楚什么是虹吸原理,就得先明白液体中压强如何计算,以及压强在液体中是如何传递的,来看一个简单的例子:

       

       

       

      “谦受益,满招损”—九龙杯中神奇的虹吸原理

       

       

       

      这是一个装着水的容器,假设大气压强为P0,沿着图中红色箭头所示路径计算A,B,C三个点的压强。

       

      由液体压强公式可知,A点的压强

       

       “谦受益,满招损”—九龙杯中神奇的虹吸原理

       

      B点与A点在同一水平面,故“谦受益,满招损”—九龙杯中神奇的虹吸原理

       

      C位于B上方,故“谦受益,满招损”—九龙杯中神奇的虹吸原理

       

      这里的 PC 也可写作“谦受益,满招损”—九龙杯中神奇的虹吸原理,

       

      但为了说明问题,我们采用之前的写法,即“谦受益,满招损”—九龙杯中神奇的虹吸原理

       

       

       

       

       

      可见,液体中压强沿某一路径的传递,取决于研究对象的水平位置,这也是为什么潜水员在深水区会感到水压很大,呼吸困难。

       

      有了以上的基础,我们再来看一个经典的虹吸原理图:

       

       

       

      “谦受益,满招损”—九龙杯中神奇的虹吸原理

       

       

       

      如图所示,有两个放置在不同水平面上的水杯,一个装了水,另一个为空,两者之间由一根两侧不等长的U型管连接,U型管短侧插入到装水水杯的底部,另一侧对着空水杯。

       

       

       

      再用嘴把水从U型管中吸出一点,使U型管被水所充满,达到下图位置:

       

       

       

      “谦受益,满招损”—九龙杯中神奇的虹吸原理

       

       

       

      取U型管的最高点处,对比其左右两侧的压强

       

      根据第一个例子我们可以知道

       

      左侧的压强P左是由左边水杯中的水传递给它的

       

      于是根据杯中页面与U型管最高点处的高度差可知

       

      “谦受益,满招损”—九龙杯中神奇的虹吸原理

       

      同理,右侧的压强为

       

      “谦受益,满招损”—九龙杯中神奇的虹吸原理

       

      显然,H1<H2,所以P左>P右

       

       

       

      U型管左侧的水将会源源不断地自动被吸至右侧,出现水往高处流的神奇现象。

       

      需要注意的是,要想把左侧杯子里的水吸得干净,需要保证右侧杯子中的液面高度不超过U型管左侧的高度,即下图中的H3>0。

       

       

       

      “谦受益,满招损”—九龙杯中神奇的虹吸原理

       

       

       

      “谦受益,满招损”—九龙杯中神奇的虹吸原理

       

       

       

      在搞明白虹吸现象的基本原理后,

       

      再回到开头的九龙公道杯

       

      其结构大概是这样:

       

       

       

      “谦受益,满招损”—九龙杯中神奇的虹吸原理

       

       

       

      “谦受益,满招损”—九龙杯中神奇的虹吸原理

       

       

       

       

      这么看来徐达一点也不冤枉呐

      谦卑是一种美德~

       

      “谦受益,满招损”—九龙杯中神奇的虹吸原理

       

      除了这里提到的九龙公道杯,虹吸原理在我们的日常生活中也常能见到。比如虹吸式抽水马桶,能大大增加排污效率,减小堵塞。

       

      “谦受益,满招损”—九龙杯中神奇的虹吸原理

       

      现在能一眼看出它的工作原理嘛?

      再比如可以拿来给鱼缸换水,

      省去了一勺一勺往外盛水的功夫~

       

      “谦受益,满招损”—九龙杯中神奇的虹吸原理

       

      可见,看似简单的虹吸效应在生活中经常被巧妙地运用,有了它,可以测试人品,可以让水往高处流,可以让你家的马桶不再堵塞,还可以帮鱼儿换水…真是妙哇!!!!

       

              微信公众号:力学科普

                    原创:Jacob_雅各

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