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噴泉在我們生活中很常見。通常,人造噴泉都需要水泵提供動力,但今天我們介紹的噴泉裝置,卻無需外界動力。
影片演示:最佳化後的希羅噴泉
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希羅噴泉是由古代力學家希羅設計的自迴圈噴泉,其原理是利用不同容器間的水位差產生勢能,驅動水在一定壓強下噴射。
如下圖所示,希羅噴泉由三個容器組成,頂端是一個敞口容器A,下面是兩個密閉的容器B和C,三個容器由三根管子連線起來(介面處需要密封不漏氣)。在三個容器中加入適量的水,無需外加動力,自動噴泉就形成了。
希羅噴泉裝置示意圖
手工活動一般採用下圖所示裝置。
在容器B中預先裝入適量的水。啟動噴泉時,往容器A中新增一些水,由於高度差,水沿著管子從容器A流到容器C,導致容器C上方空間的氣壓增大,一部分空氣被排到容器B中。容器B中的水受到進入空氣的壓力,就沿著管子往上冒,形成噴泉,噴射到容器A中。
動力來源分析
在容器A中加入水,是為了引發水的流動,從而啟動噴泉。容器B中的水,不斷補充到容器A,容器A中的水又不斷補充到容器C。水持續由容器B經過容器A流動到容器C中,噴泉行為持續進行。
希羅噴泉無需外加動力,難道我們製成了傳說中的永動機?
當然不是。乍一看,希羅噴泉似乎是無限自迴圈的。但是,經過上面的分析,我們知道,當容器B中的水流完(全部轉移到容器C中)時,噴泉便會停止。
■ 最佳化升級
影片中的希羅噴泉,在原設計的基礎上進行了最佳化,實驗變得更加有意思。
當容器B中的水經過容器A全部流進入容器C後,只要簡單地把B、C兩個容器換一下位置,噴泉就會重新啟動。不過,別忘了把噴嘴換到另一條管子上去喲。
最佳化後的希羅噴泉還有一個好處,那就是,方便我們研究各容器的相對高度對噴泉高度的影響。
怎麼調節才能使噴泉噴得高些?小夥伴們,你們能找到答案嗎?
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