第六章液体和气体的性质 6.11新式的希罗喷泉

第六章液体和气体的性质 6.11新式的希罗喷泉

　　读者们大概都知道一种普通形式的喷泉，这种喷泉相传是古代的力学家希罗设计的。我在这里先谈一下它的构造，然后再谈这种有趣装置的新的形式。希罗喷泉是由三个容器组成的，上面一个是没有盖的碟子（a），下面两个是密闭的球（b和c）。这三个容器用三根管子连了起来，连接的方法见图。在碟子a里装着一些水、球b里装满水、球c里装满空气的时候，喷泉就开始起作用了：水沿着管子从a流到c，把c里的空气排到球 b里；球b里的水受到进来的空气的压力，就沿着管子往上冒，在容器a上形成喷泉。到球b里的水流完了的时候，也就是说它里面的水全部流进了球c里的时候，喷泉就停止喷水了。

　　这就是希罗喷泉的老的形式。在今天，一位意大利学校教师已经改造了这种喷泉。这位教师由于自己的物理实验室设备太少，不得不运用自己的创造性来简化希罗的喷泉装置，结果他想出了一种用最简单的设备来制造新喷泉的方法。在新装置里，药瓶代替了球形容器，橡皮管代替了玻璃管或金属管。上面那个容器也不一定要穿孔，只要象图60的上图所画的那样，把橡皮管的一端放在里面也成。

　　经过这样改造以后的仪器，使用起来就十分方便：当瓶b里的水经过碟a全部流进了瓶c的时候，只要简单地把b、c两个瓶子换一下位置，喷泉就会重新喷水；不过不要忘记，同时也要把喷嘴移到另一条管子上去。

　　改造以后的喷泉还有一种方便的地方，就是使我们有可能任意变动容器的位置，来研究各个容器的水面之间的高度差对水流喷射高度的影响。

　　如果你想把喷泉的喷射高度加大好几倍，只要把这个装置下面的两个瓶里的水换成水银，空气换成水，同时把喷嘴移一下就可以做到。这个装置所起的作用是容易明白的：水银从瓶c流进瓶b的时候，就把瓶b里的水排出去，造成喷泉。水银的比重是水的13.5倍，我们知道了这点就可以算出，这时候的喷泉可以喷到多么高。让我们用h1，h2，h3来表示各个液面之间的高度差。现在我们可以研究一下瓶c里的水银是用多大的力在向瓶b流去的。两瓶之间的连接管里的水银受到了两方面的压力。在右面对它起作用的是等于h2的这么一段水银柱的压力（这个压力等于13.5h2这么高的水柱的压力）加上h1这么高的水柱的压力。在左面起作用的是h3这么高的水柱的压力。总起来看，水银所受的压力等于这么高的水柱的压力：

　　13.5h2+h1-h3。

　　但是，h3-h1=h2；所以我们可以用-h2来代替h1-h3，上面那个式子就变成

　　13.52-h2，

　　也就是12.5h2。这样看来，水银压进瓶b里去的压力是一根高达12.5h2的水柱的重量。从理论上来说，喷泉喷射的高度应该等于两个瓶里的水银面的高度差的12.5倍。但是摩擦力会把这个理论上的高度稍微降低一些。

　　虽然是这样，这个装置仍旧使我们有可能得到很高的喷射水流。譬如说，为了使喷泉达到10米的高度，只要把一个瓶移到比另一个瓶大约高一米的位置就够了。奇怪的是，从我们的计算可以看出，碟a离水银瓶的高低对水流的高度一点没有影响。

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