Mystery 万象奥秘 水往高处流———奇妙的虹吸现象 ◆陈仁政 做虹吸实验就会看到， 只要 BA 的 管子的这一端处终止。 如果低处的杯子不是放在图 1 水银柱竖直高度大于 0.76 米，就不 现象。 “人往高处走，水往低处流。 ” 这是一句流行的“口头禅”。 “水往低 那样很低的位置， 而是放在图 2 那 会产生虹吸现象。 然而， 大气压强不是产生虹吸 处流” 符合能量守恒定律———如果 样较高的位置， 只要低处杯子的液 水自然而然就会向高处流的话，那 面低于高处杯子的液面 （或者低处 现象的全部原因， 否则无法解释在 不就是将自然增加能量而违反这个 是空杯子， 其底部低于高处杯子的 真空里也能产生虹吸现象。 所以，虹 规律了么 然而，有时水的确会“往 高处流”。 在一根弯曲的管子中灌满水， 以排除管中的空气 （目的是在管子 中人为制造“真空”），用两个手指头 分别堵住管子两端不让水流出来， 再按图 1 把管子的一端放在位于高 处水杯的底部， 另一端放在位于低 处的空杯之中，最后放开手指头。 这 时，我们会看到高处水杯中的水，会 通过管子连续不断地流向低处的空 杯之中，直到流完。 这个现象叫虹吸 现象，这根管子叫虹吸管。 虹吸二字 是因为管子的一段弧形像一条弯曲 的彩虹，又能起到吸水的作用。 我们 可以看到， 从图 1 中水管内的 A 到 液面），那么两个杯子里的水面最终 会因虹吸现象而处在同一个水平面 上。 大气压加分子间力———虹吸现 象的原因。 水什么会“往高处流”而 产生虹吸现象呢？ 原来，虹吸现象是 大气压强引起的。 假设虹吸管内的 最高处即图 1 中的 B 处， 有一个和 水流方向垂直的液片。 显然，这个液 片左边受到的向右的压强， 等于大 气 压 减 去 液 柱 BA 的 竖 直 压 强 ； 而 这个液片右边受到的向左的压强， 等于大气压减去液柱 BC 的竖直压 强。 由于液柱 BC 的高度大于 BA， 所以液片右面所受的压强比它左面 所受的小。 这样，液片就会向右移动 而使水流动，产生虹吸现象。 一个事 实可以验证虹吸现象是由大气压强 产生的： 如果 BA 的竖直高度大于 大气压所能支持的液柱的竖直高度 （对水和水银，这个高度在一个大气 压 下 分 别 是 吸现象还有另一个原因———液体中 分子之间的内聚力。 大显身手———应用广泛的虹吸 现象。 虹吸现象被广泛用于生产、生 活的各个领域。 不必将水倾倒或舀出， 就可以 把一个容器中的水“自然”搬移到另 一个容器中。 例如，要给鱼缸换水， 只需要用一根塑料管做虹吸管，就 可以很方便地把缸里的水吸出。 对 大鱼缸换水， 这种方法不但非常方 便，而且省时省力，真是“得来全不 费工夫”。 汽车司机有时要用汽车油箱中 的汽油， 来清洗手上的油污或派其 他用场。 由于油箱口很小，无法直接 用容器伸进去舀出汽油， 这时多数 司机都会利用虹吸现象。 先在低于 油箱的位置放一个桶， 再用把一根 塑料管的一端伸进汽油液面之下， 然后用嘴在塑料管的另一端把汽油 “水往高处流”———有趣的虹吸 隐 形 之 手 B 之间的水，是“往高处流”的。 如果高处水杯中的管子的一端 没有放到底部 （但仍在 A 处的水面 之下）， 那么依然会发生虹吸现象， 但水流会在高处水杯中的水被吸到 吸出来，并立即让嘴离开塑料管，这 10.336 米 和 时油箱中的油就源源不断地流进桶 不 中了。 有经验的司机会掌握吸汽油 0.76 米 ）， 就 会 产 生 虹 吸 现 的力度，以免汽油进入胃中，还要立 象 个 有 趣 。 这 的 事 实 条 ， 有 件 的 读 者 可 以 即用清水漱口， 以避免汽油———特 别是早期的加铅汽油污损口腔；给 鱼缸换水时也可 以 用 这 个 “ 口 吸 法”；要把汽油桶中的汽油加进汽车 油箱，也可如法炮制。 图 1 图 2 用 实 验 来 验 证—水 银 ——用 46 2011.1 万象奥秘 Mystery 管来吸走粪水，并形成“水封”以避 免下水道中的臭气散发到房间之中 （图 3）。 它不是借助水流冲力来冲 排污液，所以池内存水面较大，冲水 噪声较小。 一种用于魔术表演的茶 壶，也用到虹吸现象。 图 3 虹吸式马桶中的虹吸管 在虹吸式马桶中， 也用了虹吸 的区别在于，前者的“虹弯”向上凸， 后者的“虹弯”向下凹。 倒虹吸现象常用于输水管线。 倒虹吸管是渠道与道路、 河流发生 交叉或在渠道穿越山谷时采用的一 种下凹的立交管道。 早在距今 2000 多年前， 中国和古罗马人已能成功 运用倒虹吸现象建立供水管线。 不 过， 早一些的古罗马人并不知道倒 虹吸现象———他们怕输水管 道中的 水向下流之后不再向上流， 因而修 建的输水管全段都是逐渐往下倾斜 的。 为此，管道要么绕个大弯，要么 被高高的支柱支撑着。 例如一条叫 阿克瓦·马尔奇亚的输水管道，全 长 有 100 千米， 但管道两端的直线距 离仅约 50 千米， 竟多造了约 50 千 米的石头工程！ 虽然倒虹吸管和虹吸管的输水 原理相同， 但倒虹吸管在开始工作 时并不需要人为制造管中的真空。 在设法尽快排解 2008 年 汶 川 地震后形成的堰塞 湖可能 形 成 的 宋朝曾公亮《武经总要》中，有用竹 “决堤”灾害时，就有专家建议用几 筒制作虹吸管把峻岭阻隔的泉水引 根大虹吸管将上游的水自动吸到下 下山的记载。 中国古代还应用虹吸 游。 他们认为，这样可以低成本、快 原理制作了唧筒—一种守 ——战争中 速高效实现泄洪。 城必备的灭火器。 宋代苏轼《东坡志 林》中，记载四川盐井中用唧筒把盐 水吸到地面的方法。 虹吸现象还用于水利工程。 在 将虹吸管成功应用于十几座水库之 后的 2003 年 7 月，浙江省杭州市萧 山区水利局在黄石垄水库安装了一 根直径 153 厘米、 跨越 8 米高度的 虹吸管。 到 2004 年 1 月，这根当时 世界上直径最大、虹吸高度最高、全 长近百米的虹吸管，犹如一条巨龙、 静静地匐卧在黄石垄水库大坝上， 并一次试运行成功。 1968 年， 芬兰人 Olavi Ebeling 与 Per Sommerhein 共同发明了屋面 自动排水系统， 使用的也是虹吸排 水原理。 这种具有很多优点的系统， 在现代工程中得到广泛应用。 “ 鸟 巢”、中央电视台新址、上海科技馆、 广州白云机场航站楼等大面积屋面 排水，已采用了这种系统。 中国人很早就懂得并应用虹吸 原理，虹吸管在中国古代称“注子”、 “偏提”、“渴乌”或“过山龙”。 东汉末 年出现了灌溉用的“渴乌”。 用虹吸 原理， 西南地区的少数民族用一根 除去竹节后弯曲的长竹管来饮酒。 2010-12 期 实际上， 倒虹吸管就是我们熟知的 形 连通器。 之 “蓝色自来水”之谜———另类的 手 倒 虹 吸 “ ”。 2010 年 8 月 26 日 20 隐 当渠道要“过路”的时候———倒 时多，无锡市水秀新村的一位住户， 虹吸现象。 虹吸现象与倒虹吸现象 发现水龙头放出来的自来水是蓝色 的，像卫生间马桶里加了“厕宝”的 颜色，5 分钟后才恢复透明。 当晚 20 时多又出现这一奇特的现象。 原来， 这种有趣的现象，是由“倒虹吸”现 象引起的。 平时，正常用水一般不会 产生“倒虹吸”现象，但如果碰巧因 为停水等原因造成水管是空的，那 么供水管就可能通过虹吸作用将抽 水马桶里的水吸到自来水管里。 如 果市民在抽水马桶里加 了 有 色 液 体， 那么自来水管里流出的水就会 变色。 为防止“倒虹吸”现象产生，使 ★益智答案★ 圣诞树迷宫 数独 第 16 届亚运会 猜灯谜 1.陈嘉庚 7.更年期 2.夜合欢 8.木卫一 3.节日邮票 9.贺岁杯 4.但愿人长久 10.普快、超载 5.合欢、迎春 11.更年期 6.白胜、时迁 12.《好年头好兆头》 用抽水马桶的市民应在马桶进水管 前面安装一个单向阀门即止回阀。 当然，这里的“倒虹吸”现象和前面 说到的倒虹吸现象，是有区别的。 林方时） （责编 2011.1 47 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/1f2e4db47e21af45b207a843.html