帮水搬家的虹吸现象

吴彦成老师

鱼缸换水虹吸管

虹吸式咖啡壶。

帮水搬家的虹吸现象

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大家都喜欢欣赏美丽的鱼,而水族箱需要定期换水才能常保美丽,那么换水如何能达到省时又不费力呢?又突然想来一杯源自德国虹吸式咖啡壶冲泡香醇咖啡、或是家庭污水排水管的排放、还有屋顶使用虹吸式排雨水系统…等,这种要需要帮水搬家的时候,虹吸现象就可派上用场了。

虹吸(siphon)是一种流体液体气体力学现象,运用压力差和液体分子内聚力的液体移动,可以不借助泵而抽吸液体。常用以探讨虹吸现象的装置附图所示,处于较高位置的液体充满一根倒U形的管状结构(称为虹吸管)之后,使另一端开口于更低的位置,由于虹吸管两端液体的重量差异会造成两端液体压力不同,再考虑烧杯液面承受的大气压力,在虹吸管两端液体压力差能够推动液体越过最高点,向低端排放,如果虹吸管两端容器内的液面达到相等高度时,虹吸现象便会停止。

根据上述内容课程所学相关知识,回答下列问题

1.参考附图装置,虹吸管两端液体的流动合理推论是?

(A)高处杯体内的液体承受气压较大,所以能推动液体向低处杯体流动

(B)虹吸管两端杯体液面承受气压相等,但在低处杯体端高出液面的液柱较高,使此端顶部的向上液压较另一端小,造成液体向此端流动

(C)高处杯体内的液体承受气压较大,而低端虹吸管内液压也较大,所以能使液体向低端流动

(D)低处杯体内的液体承受气压较大,但此端虹吸管内高出液面的液柱较高,于是更大的液体压力使液体向此端流动

2.请参考附图并尝试分析,当两端烧杯内液面的高度差异变化时,会对液体的流动速率造成何种影响

(A)两端烧杯内液面高度差异越大,会使液体流速越快

(B)两端烧杯内液面高度差异越大,会使液体流速越慢

(C)两端虹吸管口的高度差异才会影响液体流动速率,而烧杯两端液面的高度差异并不会影响液体流动速率

(D)只有在两端烧杯内液面高度相等时会停止流动,而在停止流动之前液体的流动速率不会受到两端液面高度差异影响

3.王学王习兄弟两人骑称重机环岛途中哥哥王学一时疏忽骑到没油了,而附近一眼望去都找不到加油站弟弟王习灵机一动,想把自己油箱油分一些给哥哥,于是向邻近的人家借来一根塑胶软管,依你的判断,王习的想法是否可行?若可行,他最有可能利用何种科学原理达成?