在线微课|玩转实验系列之“水往高处流”
早在东汉末年，我们的祖先就利用长管引水翻山，灌溉农田。在宋朝，士兵们用竹筒开孔制成灭火器——唧筒，浇灭战火守卫城门。到了明朝，朱元璋用内涵玄机的公道杯，教会大家“谦受益，满招损”的道理。而这些不同年代的发明，都使用了同一种物理现象——虹吸。
01 虹吸现象
俗话说：“人往高处走，水往低处流。”因为地心引力的关系，“水往低处流”是一种客观规律。但是利用虹吸现象可以让“水往高处流”，你相信吗？接下来请大家跟随小编来做实验，一起见证神奇的虹吸现象吧。
实验材料
两个水杯，一根吸管，针筒，水。
实验步骤
1、将一个水杯置于高处并盛满水，另一个水杯放在桌面，制造两个水杯之间的高低差。将一根吸管放入盛水的杯中，用针筒从另一端将水抽出并迅速放开。
2、高位水杯里的水会顺着吸管不断往上升，之后再顺着吸管流到低位玻璃杯中。
原理解释
所谓的虹吸，是指在大气压作用下，因高度差产生的液体流动现象。将液体充满一根倒U形的管状结构内后，将开口高的一端置于装满液体的容器中，吸管内的液体会“先上升，后下降”，水持续通过吸管向更低的位置流出。
虹吸现象
虹吸的实质是因为液体压强和大气压强而产生。由于管口水面承受不同的大气压力，水会由压力大的一边流向压力小的一边，直到两边的大气压力相等，容器内的水面变成相同的高度，水就会停止流动。
02 虹吸在古代的应用
用于灌溉农田的虹吸管——渴乌
中国人很早就懂得应用虹吸原理并制造虹吸管，当时的虹吸管被称为 “渴乌”或“过山龙”。渴乌最早出现在东汉，由毕岚发明。
唐代历史学家杜佑在《通典》中有记载：“渴乌，隔山取水。以大竹筒雌雄相接。勿令漏泄。以麻漆封裹。推过山外。就水置筒。入水五尺。即于筒尾取松桦乾草当筒放火。火气潜通水所。即应而上。”
由此可见，当时的人们将竹筒相接，在接口处密封，然后通过在一端放入干草燃烧，从而在竹筒内形成负压，将山另一边的水吸过来并源源不断流出，用于灌溉。
渴乌动画示意图
古代的灭火器——唧筒
宋代人还应用虹吸原理发明了灭火器——唧筒。它的特点是“筒是长竹，下开窍，以絮囊水杆，自窍唧水”。将其竹筒端放进水中，并将裹絮（即活塞）水杆（即拉杆）往上抽起，水就通过窍（阀）进入水筒中。它既能汲水，又能排出水，拉动活塞抽水，再挤压，水从小孔射出，可以达到较远的射程，就像针筒一般，是战争中一种守城必备的灭火器。
竹唧筒
“谦受益，满招损”的酒具——公道杯
公道杯是一种独特的酒具，主要功能是限制容酒量，盛酒时只能浅平，若倒得过满，酒液就会全部从杯底流出，一滴不剩。
清公道杯（图片来源：南海博物馆）
传说明太祖朱元璋在宴请开国功臣时，亲自用此类器具为群臣斟酒，并让他们根据自己功劳的多寡来决定斟酒的多少。当时有一位将领自恃功高又贪杯，就请朱元璋把酒斟满，谁知刚把酒杯端起来，酒就全部漏光了。而其他人的杯中，只要酒不斟满，都尽得甘醇。朱元璋见此便言道：“谦受益，满招损”，随之将这种酒具命名为“公道杯”。以此告诫世人：不可贪得无厌，需讲求公道。
公道杯为何如此神通？秘密在于杯中的人像中，此人像俗称“公道佬”，公道佬与杯底烧结在一起，体内设置倒U形弯管，杯底设置漏孔。向杯中倒酒时，如果超过管子弯曲处，就会从杯底的小孔中全部流出，运用的就是我们今天所说的虹吸原理。
公道杯原理（源自网络）
03 虹吸在现代的应用
现如今在我们的日常生活中，虹吸原理的应用也是无处不在，平时我们给鱼缸换水，汽车司机用虹吸管从油桶中吸出汽油，上厕所用的坐便式抽水马桶，洗澡用的淋浴装置，草坪上的一些灌溉用的喷洒装置，甚至医院的洗胃装置，以及一些屋面的排水系统等等，都是利用了虹吸原理。
鱼缸换水示意图
当我们给鱼缸换水时，将虹吸管插入其中，在另一端将吸管内的空气吸干，鱼缸的水就顺着虹吸管流出。
抽水马桶内部示意图
抽水马桶内部有一个倒U形管道，即为虹吸管，当便池中快速进入足够多的水时，虹吸管内被充满液体后，高位置的水向低位置流出，从而实现冲水效果。
由此可见，虹吸原理是如此地贴近我们的生活，小伙伴们，你们还能发现更多利用虹吸原理而发明的生活物品吗？不妨在我们下方评论区留言哦。
资料来源：
[1]程军.公道杯创制时间考[J]. 山西大同大学学报(自然科学版),2012(12):96
[2]张扬.中国古代酒器“公道杯”设计研究及创新设计应用[J]. 包装工程,2020(7):325-331
[3]海珠.九龙公道杯.陶瓷研究,2003(1):34
