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小編在網(wǎng)上沖浪時看到了不借助外力就可以啟動的虹吸管？ 想起飲料不聽話從吸管灑出的場景 不過這種情況發(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” 實驗器材 所標杯、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的一端時， 將另一端放入水中，隨后松手：
嚯！果然沒有借助預裝的水柱 也沒有“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， 會發(fā)現(xiàn)幾乎不可能成功。 這其中的原因嘛， 先賣個關子~ 認真看后面的原理講解 不過用同樣的吸管與容器， 即使不事先用手指堵住吸管的一端， 用一個小技巧也可以做到自動虹吸哦~ 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現(xiàn)自動虹吸的方法， 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
不過其實這個結構小編還能再簡化一下， 這次我們只用兩段吸管連接成N形：
我們利用和之前類似的小技巧， 改變一下吸管入水的姿勢， 讓N形的短邊旋轉入水：
哈哈，是不是比網(wǎng)上流傳的M形還要輕松！ 不過M形的優(yōu)勢在于容器內(nèi)的端口位置低， 能夠通過虹吸排出更多體積的水。 那我們回過頭來看看盒裝飲料的問題， 盒裝飲料偶爾會灑出不多不少的飲料， 這是為什么呢？ 我們先來用之前的方法對飲料盒做自動虹吸實驗：
咦？貌似不好用， 如果我們手動擠壓一下盒體 給虹吸一個初始條件如何？
飲料只是短暫地流出來， 原來，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)氣體壓強降低， 吸管兩端壓強逐漸平衡， 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“灑一桌”了？ 不過還是要用小杯子接著， 不要浪費哦
其實前后用不同吸管達成的虹吸實驗所用到的原理是相同的，我們可以來看一下虹吸現(xiàn)象的簡要示意圖：
在吸管拐點兩側：拐點內(nèi)高于液面部分的液柱A，以及拐點外的液柱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，便會向外流出。在流出的過程中，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。 若是想要開始這個虹吸現(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。日常見到最多的做法有兩種：一是在B端制造負壓，比如“嘬”一口；二是提前在吸管內(nèi)存入液體。不過這二者用的都是靜力學的方式。今天的這一系列實驗則用的是動力學的方式：通過給予A側液面一個初始的動能，使部分液柱翻過吸管的拐點達到B端。 其中“手指密封法”使吸管隨著沒入水中深度的增加，吸管內(nèi)的空氣壓力增加，在手指松開的一瞬間，B端的氣壓差會使吸管內(nèi)空氣向外排出，帶動液體向外流出。而其他的幾個實驗則是更加直接地，利用水涌入吸管的動能突破吸管的拐點。 所以從動力學的角度分析，就可以明白決定實驗成功率的因素了：首先我們要讓吸管的拐點盡可能地靠近液面，減少液體達到拐點需要克服的重力勢能；其次我們要控制吸管的內(nèi)徑，內(nèi)徑過大不僅要求更大的流量填充吸管，還會進一步提高需要克服的重力勢能，不過內(nèi)徑過小的話會有阻力的問題；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），涌入吸管的液體會使容器內(nèi)液體的液面迅速降低，從而難以達成虹吸所需的條件。 在第二個實驗中我們用燒杯嘴部搭吸管便是進一步利用了動力學上的優(yōu)勢：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，水只能從燒杯嘴處溢出，所以瞬時的液面會略微抬高，給予涌入吸管的水更高的壓強。另一方面，我們是迅速地“拍入”吸管，吸管入水時形成的短暫地負壓區(qū)也會促進水流的涌入。第四個實驗的N形吸管也用到了相似的技巧。 不過這一系列“自動虹吸”的設計，都會要求原容器的液面盡可能地高，因此在很多日常的場景，比如給魚缸換水時，便無法使用，還需要借助其他的抽水工具。 |
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