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小編在網(wǎng)上沖浪時(shí)看到了不借助外力就可以啟動(dòng)的虹吸管？ 想起飲料不聽(tīng)話從吸管灑出的場(chǎng)景 不過(guò)這種情況發(fā)生的概率還挺低的 難道有特定的觸發(fā)條件？ 我倒要看看這虹吸管究竟怎么“玩” 實(shí)驗(yàn)器材 所標(biāo)杯、吸管、燒杯、盒裝飲料、剪刀、透明膠
首先，按照“攻略”， 在用手指密封住吸管較長(zhǎng)的一端時(shí)， 將另一端放入水中，隨后松手：
嚯！果然沒(méi)有借助預(yù)裝的水柱 也沒(méi)有“嘬”的一口 虹吸水流自發(fā)地出現(xiàn)了~ 別看小編這一下似乎很輕松的樣子， 大家可以動(dòng)手試一試， 比如用礦泉水瓶作為容器， 或是使用口徑粗一些的吸管， 會(huì)發(fā)現(xiàn)幾乎不可能成功。 這其中的原因嘛， 先賣(mài)個(gè)關(guān)子~ 認(rèn)真看后面的原理講解 不過(guò)用同樣的吸管與容器， 即使不事先用手指堵住吸管的一端， 用一個(gè)小技巧也可以做到自動(dòng)虹吸哦~ 不信大家看：
網(wǎng)上的資料中倒是也有其他不用手指堵也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)虹吸的方法， 比如我們先把三段吸管用膠帶連接成圖中的M形：
將M形較短的一邊放入水中， 稍等一兩秒，水便源源不斷地被虹吸出來(lái)
不過(guò)其實(shí)這個(gè)結(jié)構(gòu)小編還能再簡(jiǎn)化一下， 這次我們只用兩段吸管連接成N形：
我們利用和之前類(lèi)似的小技巧， 改變一下吸管入水的姿勢(shì)， 讓N形的短邊旋轉(zhuǎn)入水：
哈哈，是不是比網(wǎng)上流傳的M形還要輕松！ 不過(guò)M形的優(yōu)勢(shì)在于容器內(nèi)的端口位置低， 能夠通過(guò)虹吸排出更多體積的水。 那我們回過(guò)頭來(lái)看看盒裝飲料的問(wèn)題， 盒裝飲料偶爾會(huì)灑出不多不少的飲料， 這是為什么呢？ 我們先來(lái)用之前的方法對(duì)飲料盒做自動(dòng)虹吸實(shí)驗(yàn)：
咦？貌似不好用， 如果我們手動(dòng)擠壓一下盒體 給虹吸一個(gè)初始條件如何？
飲料只是短暫地流出來(lái)， 原來(lái)，是飲料盒的吸管槽氣密性很好， 隨著飲料因虹吸流出， 盒內(nèi)氣體壓強(qiáng)降低， 吸管兩端壓強(qiáng)逐漸平衡， 虹吸便停止了。 所以如果我們把吸管孔戳地大一些， 再用上之前處理液面的小技巧， 是不是就可以主動(dòng)“灑一桌”了？ 不過(guò)還是要用小杯子接著， 不要浪費(fèi)哦
其實(shí)前后用不同吸管達(dá)成的虹吸實(shí)驗(yàn)所用到的原理是相同的，我們可以來(lái)看一下虹吸現(xiàn)象的簡(jiǎn)要示意圖：
在吸管拐點(diǎn)兩側(cè)：拐點(diǎn)內(nèi)高于液面部分的液柱A，以及拐點(diǎn)外的液柱B，這二者的質(zhì)量決定了虹吸現(xiàn)象能否發(fā)生。如果液柱B的質(zhì)量高于液柱A，則在重力的作用下吸管內(nèi)的液體受合力向外，便會(huì)向外流出。在流出的過(guò)程中，液柱A逐漸增大；而取決于吸管的另一端是否探入液面中，液柱B可能會(huì)減小或者不變，最終液柱AB質(zhì)量相等，虹吸現(xiàn)象停止。 若是想要開(kāi)始這個(gè)虹吸現(xiàn)象，就需要使一部分水占據(jù)足以與液柱A抗衡的液柱B。日常見(jiàn)到最多的做法有兩種：一是在B端制造負(fù)壓，比如“嘬”一口；二是提前在吸管內(nèi)存入液體。不過(guò)這二者用的都是靜力學(xué)的方式。今天的這一系列實(shí)驗(yàn)則用的是動(dòng)力學(xué)的方式：通過(guò)給予A側(cè)液面一個(gè)初始的動(dòng)能，使部分液柱翻過(guò)吸管的拐點(diǎn)達(dá)到B端。 其中“手指密封法”使吸管隨著沒(méi)入水中深度的增加，吸管內(nèi)的空氣壓力增加，在手指松開(kāi)的一瞬間，B端的氣壓差會(huì)使吸管內(nèi)空氣向外排出，帶動(dòng)液體向外流出。而其他的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)則是更加直接地，利用水涌入吸管的動(dòng)能突破吸管的拐點(diǎn)。 所以從動(dòng)力學(xué)的角度分析，就可以明白決定實(shí)驗(yàn)成功率的因素了：首先我們要讓吸管的拐點(diǎn)盡可能地靠近液面，減少液體達(dá)到拐點(diǎn)需要克服的重力勢(shì)能；其次我們要控制吸管的內(nèi)徑，內(nèi)徑過(guò)大不僅要求更大的流量填充吸管，還會(huì)進(jìn)一步提高需要克服的重力勢(shì)能，不過(guò)內(nèi)徑過(guò)小的話會(huì)有阻力的問(wèn)題；除此之外原容器液面處的截面面積也極為重要，如果截面不夠大（比如塑料瓶口），涌入吸管的液體會(huì)使容器內(nèi)液體的液面迅速降低，從而難以達(dá)成虹吸所需的條件。 在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中我們用燒杯嘴部搭吸管便是進(jìn)一步利用了動(dòng)力學(xué)上的優(yōu)勢(shì)：燒杯嘴部杯沿較其他部分更低，使得液面最初略低于燒杯環(huán)壁，在我們放入吸管時(shí)，水只能從燒杯嘴處溢出，所以瞬時(shí)的液面會(huì)略微抬高，給予涌入吸管的水更高的壓強(qiáng)。另一方面，我們是迅速地“拍入”吸管，吸管入水時(shí)形成的短暫地負(fù)壓區(qū)也會(huì)促進(jìn)水流的涌入。第四個(gè)實(shí)驗(yàn)的N形吸管也用到了相似的技巧。 不過(guò)這一系列“自動(dòng)虹吸”的設(shè)計(jì)，都會(huì)要求原容器的液面盡可能地高，因此在很多日常的場(chǎng)景，比如給魚(yú)缸換水時(shí)，便無(wú)法使用，還需要借助其他的抽水工具。 |
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