[趣味物理]新式的“希羅噴泉”

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1、 對(duì)希羅噴泉的改進(jìn) 本改進(jìn)可在希羅噴泉停止時(shí)，順時(shí)針搖動(dòng)轉(zhuǎn)柄 120 度，即可開始新一次噴泉，可省去調(diào)換瓶子的麻煩。 做一圓筒，將圓筒用隔板隔成三等分，正面板如下圖打孔接管子并保持固定，背面及隔板做在一起 并可轉(zhuǎn)動(dòng)，然后在背面加上搖柄即可。 整個(gè)裝置大小隨意。 作者： [ 趣味物理 ] 新式的“希羅噴泉” 讀者們大概都知道一種普通

2、形式的噴泉， 這種噴泉相傳是古代的力學(xué)家希羅設(shè)計(jì)的。 我在這里先談一下它的構(gòu)造， 然后再談這種有趣裝置的新的形式。 希羅噴泉 （圖 205）是由 三個(gè)容器組成的，上面一個(gè)是沒有蓋的碟子（ a），下面兩個(gè)是密閉的球（ b 和 小這三個(gè)容器用三根管子連了起來，連接的方法見圖。 在碟子 a 里裝著一些水、 球 b 里裝滿水、 球 c 里裝滿空氣的時(shí)候， 噴泉就開始起作用了：水沿著管子從 a 流到 c，把 c 里的空氣排到球 b 里；球 b 里的水受到進(jìn)來的空氣的壓力， 就沿著管子往上冒， 在容器 a 上形成噴泉。 到球 b 里的水流完為止，也就是說它里面的水全部流進(jìn)了球

3、C里的時(shí)候，噴泉就停止噴水了。 這就是希羅噴泉的老的形式。在今天，一位意大利學(xué)校 教師 已經(jīng)改造了這種噴泉。這位教師由于自己的物理實(shí)驗(yàn)室設(shè)備太少， 不得不運(yùn)用自己的創(chuàng)造性來簡(jiǎn)化希羅的噴泉裝置，結(jié)果他想出了一種用最簡(jiǎn)單的設(shè)備來制造新噴泉的方法。 在新裝置里，藥瓶代替了球形容器， 橡皮管代替了玻璃管或金屬管。 上面那個(gè)容器也不一定要穿孔，只要像圖 206 的上圖所畫的那樣，把橡皮管的一端放在里面也成。 經(jīng)過這樣改造以后的儀器，使用起來就十分方便：當(dāng)瓶 b 里的水經(jīng)過碟 a 全部流進(jìn)了瓶 C 的時(shí)候，只要簡(jiǎn)單地把 b、C 兩個(gè)瓶子換一下位置，噴泉就會(huì)重新噴水；不過不要忘記，同時(shí)

4、也要把噴嘴移到另一條管子上去。 改造以后的噴泉還有一種方便的地方， 就是使我們有可能任意變動(dòng)容器的位置，來研究各個(gè)容器的水面之間的高度差對(duì)水流噴射高度的影響。 如果你想把噴泉的噴射高度加大好幾倍， 只要把這個(gè)裝置下面的兩個(gè)瓶里的水換成水銀，空氣換成水，同時(shí)把噴嘴移一下（圖 207）就可以做到。這個(gè)裝置所起的作用是容易明白的： 水銀從瓶 C流進(jìn)瓶 b 的時(shí)候，就把瓶 b 里的水排出去，造成噴泉。水銀的密度是水的 13．5 倍，我們知道了這點(diǎn)就可以算出，這時(shí)候的噴泉可以噴多么高。讓我們用 h1 、h2、h3 來表示各個(gè)液面之間的高度差?，F(xiàn)在我們可以研究一下瓶 C 里的水銀是用多

5、大的力在向瓶 b 流去的。兩瓶之間的連接管 里的水銀受到了兩方面的壓力。在右面對(duì)它起作用的是 h2 的這么一段水銀柱的壓力（這個(gè)壓力等于 13．5h2 這么高的水柱的壓力），加上 h1 這么高的水柱的壓力。在左面起作用的是 h3 這么高的水柱的壓力?？偲饋砜?，水銀所受的壓力等于這么高的水柱的壓力： 13． 5h2+h1 －h(huán)3 但是， h2－h(huán)1＝h2，所以我們可以用－ h2 來代替 h1－ h3，上面那個(gè)式子就變成 13．5h2－ h2 也就是 12． 5h2。這樣看來，水銀壓進(jìn)瓶 b 里去的壓力是一根高達(dá) 12．5h2的水柱的重力。 從理論上來說， 噴泉噴射的高度應(yīng)該等于兩個(gè)瓶里的水銀面的高度差的 12．5 倍。但是摩擦力會(huì)把這個(gè)理論上的高度稍微降低一些。 雖然是這樣， 這個(gè)裝置仍舊使我們有可能得到很高的噴射水流。 譬如說，為了使噴泉達(dá)到 10 米的高度，只要把一個(gè)瓶移到比另一個(gè)瓶大約高 1 米的位置就夠了。奇怪的是，從我們的計(jì)算可以看出。 碟 a 離水銀瓶的高低對(duì)水流的高度一點(diǎn)沒有影響。