【题】因为抽水机活塞下的气体被抽空了,所以抽水机能把水往高处抽。实际上,水在所能达到的最大抽空度的条件下能被抽升7米。假如抽水做功仅仅和抽空气体所做的功是相等的,那么将水抽升1米所消耗的能量就等于抽升7米所消耗的能量。既然水泵有这个特性,那我们为什么不利用这个特性来设计不耗能的发动机呢?具体又要怎样设计呢?
【解】抽水运动确实仅仅是因为活塞下的空气被抽空产生的,但是水柱被抽水机抽升的高度决定着抽空空气所消耗的不同形式的能量。所以抽水机抽水运动与水被抽升的高度无关这种假设是错误的。
下面我们将把水抽升7米高度时活塞的单次运动过程与将水抽升至1米高度时活塞的单次运动过程做一下比较。
第一种情况下有一个大气压,即10米水柱(整10米)的压强作用在活塞上边。而缩小到7米水柱的压强和集留在活塞下面的气体的压强(从水中逸出来的气体)则是活塞下边所受到的气体的压强;因为7米是水抬升高度的极限,所以这个气体的压强很明显与3米水柱的压强是相等的。即克服水柱往高处汲送水所需要的压强为(以高度代替压强):10-(10-7-3)=10(米)水柱,也就是一个大气压。
第二种情况下,活塞上面所受的压强与将水汲送至7米高处所受的压强是相同的,即都是一个大气压。那么活塞下面所受到的压强就等于10-1-3=6(米)水柱,也就是说需要克服水柱的压强为10-6=4(米)水柱。由于将水汲送到7米处和将水汲送到1米处这两种情况下活塞的位移是相等的,所以前者所做的功是后者所做的功的10:4=2.5倍。
所以,有个诱人的想法即设计一个无功耗的发动机便与实际一点也不切合了。