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家和發明家,我們曾經介紹過的“希倫蒸汽機”就是他發明的。
不錯“希羅”和“希倫”是一個人,中國教育界對外國科學家人名的翻譯似乎沒有統一的標準,往往讓人迷惑。比方電壓的單位是“伏特”,而化學電池被叫做“伏打電池”,其實“伏特”和“伏打”也是同一個人。
希羅有很多發明,比方希倫蒸汽機、風力機械裝置、注射器等。最有趣的是一種自動售貨機,向里面投入硬幣,這臺機器就會自動流出一定分量的“圣水”,很像現在的自動咖啡機啊。
普通噴泉利用了連通器的原理。比方在山上修建一個蓄水池,用一根管子把池子里的水引到山下,因為山上水的液面高于山下,壓力差會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高于山頂的水池嗎?顯然不會,最多只能與山頂的水面等高,這是很簡單的物理原理。
但是希羅噴泉不同,希羅噴泉相當于建在山頂,噴出的水柱遠高于山頂的蓄水池,所以第一次看到它的人會驚訝不已,仿佛它違反了最基本的物理定律。當然希羅噴泉是不會打破物理定律的,你發現任何貌似不符合物理定律的現象,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。
對普通噴泉來說,山頂水面高度與噴泉噴嘴處水面高度的差h,這段高度的水柱產生的壓力,就是噴泉往空中噴發的動力,這一點很好理解。
對希羅噴泉而言,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,只不過裝置非常巧妙而已。容器A,就是山頂的蓄水池里的水,通過水管1進入容器C,C是建在山腳的一個密封的容器,設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。因為它是密封的,所以里面的空氣要受到A里面過來的水的壓力,換算到壓強,也就是h1高度的水造成的壓強,有初中物理知識的可以算出具體結果來。
容器C里面的壓力,通過管2(注意管2里面沒有水,只有空氣),被傳導到上面另外一個密封的容器B里面。B里也是一半水一半空氣,因為它與容器C里的空氣通過管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個大氣壓,因此它也產生一定的壓力,但是由于空氣的密度與水相比可以忽略不計,所以它產生的壓力也可以忽略不計。
容器B里面的水,通過管3伸到A的水面之上,也就是噴泉的噴嘴處,我們假設它們的高度差是h2。那么管3的噴嘴處的水受到的壓強,就等于h1減h2這么高的水造成的壓強。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,那時候沒有水泵也沒有電動機,山頂的噴泉的確算是一個奇觀。
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,希羅這個人是多么聰明。怎么,你還沒弄懂?沒關系的,你只不過比一位偉大的發明家笨那么一點點……
下面我們自動動手來做一個希羅噴泉的模型,以下圖片是一位外國朋友做的,我們在此向他表示感謝!
需要的材料是:3個礦泉水瓶,3支吸管,長度分別是20、30、40厘米。普通吸管可能沒有那么長,可以去雜貨店或者賣觀賞魚的地方,買那種抽水的細塑料管。
需要的工具是:手電鉆和大剪刀。手電鉆是用來在瓶子上鉆孔的,當然你也可以用燒紅的釘子,或者用小刀慢慢在瓶子上鉆孔,只不過麻煩一些,或者鉆的孔不圓、不光滑而已。
首先把一個礦泉水瓶切下1/3,用來做希羅噴泉最上面那個容器,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瓶子的相對位置。注意每個瓶蓋上的孔的對應位置不要弄錯,不然穿不進吸管。假如吸管與瓶蓋之間密封不好,可以用點玻璃膠或者萬能膠。
組裝完成后,只要2號瓶里裝滿水就可以了。然后用另外一個容易向1號瓶加水,水通過管1流入最下面的3號瓶,壓力傳導進中間的2號瓶,整個裝置開始運作,管3頂端開始有噴泉噴出,直至2號瓶里的水全部噴出。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一些。
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