空气中的虹吸现象

时间:2024-06-25 10:35:06

【题】液体怎样才能在不借助任何仪器的情况下,产生虹吸现象?在这里,弯曲导管的方法我们不能使用,同时这种先向容器里冲入液体,再将虹吸管插入液体中(如图所示,吸管几乎被液体充满)的能够使虹吸现象产生的通常方法也不能使用。

空气中的虹吸现象

空气中的虹吸现象

【解】要想虹吸现象出现,就需要管中液体超过弯曲处。而现在问题的重点在于怎样才能让液体在虹吸管中上升,直至容器中液体的高度被超过,达到虹吸管的弯曲处?

实际上要达到这个目的是不难的,只要我们能利用到下文所提到的液体的这种特性即可。尽管这个特性很简单明了,但是却很少被人们所注意到。

如图所示,利用液体的特性可以产生虹吸现象,首先取一只管口大小合适、可以用大拇指封住的玻璃管。为防止水渗进管内,在把玻璃管放入水中之前,管口要先用拇指封严。但液体会在移开拇指时迅速地充入管中。这时我们会观察到,在刚开始时管中的水上升到了比容器中水位的高度还要高的位置,然后管中液体高度很快地就会和外边液体的高度一样了。

空气中的虹吸现象

这里我们有个疑问,就是管中的液面为什么在开始时会比容器中的液面高呢?下面我们分析一下:将拇指松开的时候,管中液体在最低点的速度根据托里拆利公式得出:空气中的虹吸现象

,公式中的g表示加速度,H表示管子底端距离容器液面的深度。而在这之后,因为管中上升的那部分液体总是被其下的液体支撑,所以在管中液体上升的速度并没有因为重力而减小。这个实验与我们向上抛球的实验所观察到的现象是不一样的。因为玻璃管中液体在上升时总是受到其下上升液体的支撑,所以它不存在第二个运动;而向上抛掷的小球却是参与了向上的匀速运动(以起始速度匀速运动)和向下的匀加速运动(由重力引起)这两个运动。

由此,进入玻璃管中的液体与容器中液体的高度相等时,速度是等于液体的初始速度,即空气中的虹吸现象

。按照理论上来讲,液体应该再上升一个高度H。但这个上升高度由于受摩擦力的作用很明显小于H。同时,这个上升高度会随着玻璃管顶部的变窄而增加。

这样,对于虹吸现象的产生,我们就可以根据上述的内容来描述一下。将虹吸管的一端用大拇指封严,将另一端尽量深一些地放入液体中,以此来提升初始速度:因为随着H越大,空气中的虹吸现象

就越大。随后从玻璃管口迅速移开拇指:这时虹吸现象会随着“液体上升超过玻璃管弯曲处,流入另一端管壁中”这个现象的出现而开始产生。

我们可以将上面所提到的虹吸发生的方法运用到现实中去,事实表明确实是很方便的。如图Ⅰ所示,图中所展示的就是这种自动虹吸现象。它的工作原理经过我们上述论述已经很明白了。所以如图Ⅱ所示,将虹吸管相应的部分的直径缩小,就可以尽可能地提升第二个弯曲点的高度。由此,当从管口粗的部分流入细的部分时,液体所升高的高度就会大些。

空气中的虹吸现象

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