生產(chǎn)、生活中的聯(lián)通器

裴學(xué)存齊全

人類社會已經(jīng)進入了信息化時代，人們在生產(chǎn)、生活中使用的機器、器械的種類越來越多，構(gòu)造日趨復(fù)雜.在種類繁多的器械中，有一種結(jié)構(gòu)及原理都極其簡單、應(yīng)用極為普遍的器械，它就是“聯(lián)通器”.本文對生產(chǎn)和生活中的連通器進行簡要分析.

連通器定義：上端開口底部相連通的容器.

聯(lián)通器性質(zhì)：聯(lián)通器里的水（密度均勻的液體）不流動時，各個容器里的液面總保持相平.

證明如圖1所示，設(shè)想U形管底部有一液片AB，截面為S，由于液片靜止，所以左右兩邊的壓力相等，F(xiàn)左=F右 ，由F=pS得p左=p右，即ρgH左=ρgH右，所以H左=H右 ，即液面相平.

聯(lián)通器最著名的應(yīng)用是船閘，它解決了由于水庫大壩阻斷航運的問題，如圖2是我國長江三峽的船閘，它是世界上最大的船閘，雙線五級，全長6.4 km，落差達113 m.

事實上，連通器在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用十分廣泛.如圖3所示，茶壺、茶爐的“水位計”、自來水系統(tǒng)、涵洞都是聯(lián)通器.不過需要特殊說明的是：很多教輔用書中關(guān)于茶壺的壺口、壺嘴高低的討論，犯了同一錯誤：“因為聯(lián)通器里的水不流動時，各個容器里的液面總保持相平，所以壺口、壺嘴一樣高”；但是生活中所使用的茶壺、醬油壺、咖啡壺等壺具的壺嘴略低于壺口，這樣設(shè)計是合理的，如果壺嘴、壺口相平，由于壺嘴較細，流量小，向外倒水時，水易從壺口溢出；壺蓋上的小孔，其作用是：一旦壺蓋封閉的過嚴，小孔仍然與大氣相同，使茶壺仍然滿足“聯(lián)通器”條件，水容易倒出；關(guān)于茶爐水位計，要及時清理與爐體相連的管道，一旦被水垢堵塞，（已經(jīng)不是連通器）就不能正確指示水位了；自來水的水塔要高于它供水的所有樓層，偶爾遇到一、二樓有水，但是五、六樓沒水，就是水塔里的水面低于五六樓高度的緣故；涵洞解決了水道與道路交叉的問題.

另外實驗室里，水槽下的U形管、地漏下的彎管等都是聯(lián)通器，有水流過U形管時，會在U形管里留下一段水柱，形成一個常閉的閥門，即阻止下水道的濁氣上升，又隨時允許水池、地面的廢水通過.充分體現(xiàn)了設(shè)計師的聰明才智.其實座便器底部（如圖4）也是一個聯(lián)通器，其作用與U形管相同.

城市建設(shè)的排水系統(tǒng)也是一巨大的連通器，依據(jù)聯(lián)通器原理，最后一個排水口，要比馬路邊的所有的排水口都低，才能實現(xiàn)順利排水.

沼氣池的進料口、出料口、發(fā)酵間構(gòu)成一個聯(lián)通器，沼液封住進料管、出料管，使沼氣進入儲氣間，同時不影響進料、出料.

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，養(yǎng)殖業(yè)逐步實現(xiàn)了自動化，養(yǎng)牛業(yè)用的自動喂水槽如圖5，就是依據(jù)聯(lián)通器原理設(shè)計的，當(dāng)喂水槽B水面下降時，控制槽A的水面同時下降，浮子下降，通過杠桿使進水閥打開；當(dāng)水面上升時，浮子上升，到達設(shè)計高度時，進水閥關(guān)閉.

特殊的聯(lián)通器：虹吸（如圖6），黃河的河套地區(qū)，農(nóng)民澆地時，把一根長長水管灌滿水，一端放入黃河，另一端跨過河堤再放開出口，水就自動流出，這是因為左邊液面到出水口所在平面的壓強：p左=ρgH，右邊的液面到出水口所在平面的壓強為：p右=ρgh，因為H>h，所以p左>p右，水從壓強大的一側(cè)沿著管道流向壓強小的一側(cè).

綜上所述，聯(lián)通器與人們的生產(chǎn)、生活息息相關(guān)，了解聯(lián)通器原理，會給你的生產(chǎn)、生活帶來方便.例如，汽車司機經(jīng)常用“虹吸管”從汽油桶中抽取汽油；建筑工人常用長長的透明水管（實質(zhì)是聯(lián)通器），測量距離較遠的兩點是否在同一水平面或測出兩點高度差；如果遇到地漏“反味”，是地漏下面U形管里的水已干涸，往地漏內(nèi)倒一些清水，馬上就能消除“反味”現(xiàn)象.