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水往高處流?

生活科學趣談

相信爬郊山的朋友都曾在山澗水渠中看過農家拉PVC管來引溪水,有時還可以看到PVC管接上這種免電力的水泵將溪水打到更高的地方。中學的連通管原理不是說水只能爬到水管另一端的等高處嗎?為什麼在這個例子中,水卻能往更高的地方輸送呢?

關鍵是在於影片中那個蓄壓的圓柱桶,它的運作機制有點像是公廁蹲式馬桶旁那個腳踏的沖水凡耳

HydraulicRam1

或是水錘防止器

HydraulicRam2

先說個題外話,有時在深夜會聽到從牆壁發出的怪異敲擊聲,不明就裡的人或許就會疑心生暗鬼,其實這是鄰居深夜在開關水龍頭時所產生的「水錘作用」。因為水龍頭關閉時,會造成管內水壓突然上升,這種來自於水的動量瞬間發生變化所產生的壓力波經由牆壁的傳聲,就會在夜闌人靜時被誤以為是一種靈異現象→《房屋半夜咚咚叫!

回來看「水鎚脈衝泵」的原理:

因此水之所以能被泵至更高處,是藉由其他的水所損失之重力位能轉換而來(註:更精確的說法是壓力能 pressure energyflow work)。也就是說,只能將進水量的一小部分打到更高處,其餘大部分的進水量則是以溢流方式流出。

有興趣的朋友們不妨動手做一組來玩玩→《How to Make a “Water Ram”》,其中比較昂貴的零件是單向閥(逆止閥),水電五金行或特立屋有售,黃銅製的一顆約400元,更省錢的方式則是連單向閥都自己做→《DIY cheapest valve