亞歷山大里亞的希羅(公元10年-70年),是古希臘的一位著名的科學(xué)家和發(fā)明家,我們?cè)?jīng)介紹過(guò)的“希倫蒸汽機(jī)”就是他發(fā)明的。
不錯(cuò)“希羅”和“希倫”是一個(gè)人,中國(guó)教育界對(duì)外國(guó)科學(xué)家人名的翻譯似乎沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),往往讓人迷惑。比方電壓的單位是“伏特”,而化學(xué)電池被叫做“伏打電池”,其實(shí)“伏特”和“伏打”也是同一個(gè)人。
希羅有很多發(fā)明,比方希倫蒸汽機(jī)、風(fēng)力機(jī)械裝置、注射器等。最有趣的是一種自動(dòng)售貨機(jī),向里面投入硬幣,這臺(tái)機(jī)器就會(huì)自動(dòng)流出一定分量的“圣水”,很像現(xiàn)在的自動(dòng)咖啡機(jī)啊。
普通噴泉利用了連通器的原理。比方在山上修建一個(gè)蓄水池,用一根管子把池子里的水引到山下,因?yàn)樯缴纤囊好娓哂谏较拢瑝毫Σ顣?huì)使山下水管里的水噴向空中,成為噴泉。但是這種噴泉噴出的水會(huì)高于山頂?shù)乃貑幔匡@然不會(huì),最多只能與山頂?shù)乃娴雀撸@是很簡(jiǎn)單的物理原理。
但是希羅噴泉不同,希羅噴泉相當(dāng)于建在山頂,噴出的水柱遠(yuǎn)高于山頂?shù)男钏兀缘谝淮慰吹剿娜藭?huì)驚訝不已,仿佛它違反了最基本的物理定律。當(dāng)然希羅噴泉是不會(huì)打破物理定律的,你發(fā)現(xiàn)任何貌似不符合物理定律的現(xiàn)象,都只是由于你了解的深度不夠而已。
下圖是普通噴泉與希羅噴泉的比較。
對(duì)普通噴泉來(lái)說(shuō),山頂水面高度與噴泉噴嘴處水面高度的差h,這段高度的水柱產(chǎn)生的壓力,就是噴泉往空中噴發(fā)的動(dòng)力,這一點(diǎn)很好理解。
對(duì)希羅噴泉而言,同樣是利用了水的液面高度差造成的壓力,使水柱噴向空中,只不過(guò)裝置非常巧妙而已。容器A,就是山頂?shù)男钏乩锏乃ㄟ^(guò)水管1進(jìn)入容器C,C是建在山腳的一個(gè)密封的容器,設(shè)A與C的水的液面高度差為h1。容器C里面一半裝的是水,一半是空氣。因?yàn)樗敲芊獾模岳锩娴目諝庖艿紸里面過(guò)來(lái)的水的壓力,換算到壓強(qiáng),也就是h1高度的水造成的壓強(qiáng),有初中物理知識(shí)的可以算出具體結(jié)果來(lái)。
容器C里面的壓力,通過(guò)管2(注意管2里面沒(méi)有水,只有空氣),被傳導(dǎo)到上面另外一個(gè)密封的容器B里面。B里也是一半水一半空氣,因?yàn)樗c容器C里的空氣通過(guò)管2連同,所以它里面空氣的壓力與C里面是相同的,都是h1那么高的水柱造成的壓力。注意管2里面的空氣柱也有一定的高度,而且壓力大于1個(gè)大氣壓,因此它也產(chǎn)生一定的壓力,但是由于空氣的密度與水相比可以忽略不計(jì),所以它產(chǎn)生的壓力也可以忽略不計(jì)。
容器B里面的水,通過(guò)管3伸到A的水面之上,也就是噴泉的噴嘴處,我們假設(shè)它們的高度差是h2。那么管3的噴嘴處的水受到的壓強(qiáng),就等于h1減h2這么高的水造成的壓強(qiáng)。我們看到h1明顯高于h2,因此噴嘴處的水受到正的壓力,就會(huì)噴向空中。h1與h2的高度差越大,噴管里的水受到的壓力也就越大,水柱也就噴的越高,就造成了山頂處有噴泉的奇觀。
想想在幾千年前的古希臘,那時(shí)候沒(méi)有水泵也沒(méi)有電動(dòng)機(jī),山頂?shù)膰娙拇_算是一個(gè)奇觀。
弄懂了希羅噴泉的原理,我們不由得感嘆,古希臘的文明是多么偉大,希羅這個(gè)人是多么聰明。怎么,你還沒(méi)弄懂?沒(méi)關(guān)系的,你只不過(guò)比一位偉大的發(fā)明家笨那么一點(diǎn)點(diǎn)……
下面我們自動(dòng)動(dòng)手來(lái)做一個(gè)希羅噴泉的模型,以下圖片是一位外國(guó)朋友做的,我們?cè)诖讼蛩硎靖兄x!
需要的材料是:3個(gè)礦泉水瓶,3支吸管,長(zhǎng)度分別是20、30、40厘米。普通吸管可能沒(méi)有那么長(zhǎng),可以去雜貨店或者賣觀賞魚(yú)的地方,買那種抽水的細(xì)塑料管。
需要的工具是:手電鉆和大剪刀。手電鉆是用來(lái)在瓶子上鉆孔的,當(dāng)然你也可以用燒紅的釘子,或者用小刀慢慢在瓶子上鉆孔,只不過(guò)麻煩一些,或者鉆的孔不圓、不光滑而已。
首先把一個(gè)礦泉水瓶切下1/3,用來(lái)做希羅噴泉最上面那個(gè)容器,也就是放在“山頂”的容器A。
然后用手電鉆在A的瓶蓋上鉆孔,孔的直徑要等于或者略小于你所用的吸管的外徑。
鉆完孔的瓶蓋。
這是組裝完成后的各個(gè)瓶子的相對(duì)位置。注意每個(gè)瓶蓋上的孔的對(duì)應(yīng)位置不要弄錯(cuò),不然穿不進(jìn)吸管。假如吸管與瓶蓋之間密封不好,可以用點(diǎn)玻璃膠或者萬(wàn)能膠。
組裝完成后,只要2號(hào)瓶里裝滿水就可以了。然后用另外一個(gè)容易向1號(hào)瓶加水,水通過(guò)管1流入最下面的3號(hào)瓶,壓力傳導(dǎo)進(jìn)中間的2號(hào)瓶,整個(gè)裝置開(kāi)始運(yùn)作,管3頂端開(kāi)始有噴泉噴出,直至2號(hào)瓶里的水全部噴出。如果你所使用的吸管太粗的話,可能看不到比較明顯的噴泉效果,可以把噴嘴的地方用加熱的方法弄細(xì)一些。
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噴泉
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