加油槍中的物理學

郭亮

加油槍為什么和加油站的工作人員如此默契？當油箱加滿時，伴隨“咔噠”一聲，加油槍會自動跳槍（自動關閉），燃料油完全不會溢出來。你可能覺得，這是使用了某種電子傳感器，但實際上，它依靠的是文丘里效應和獨特的內部機械結構。

文丘里效應是由意大利物理學家文丘里發(fā)現(xiàn)的，它表現(xiàn)在受限流動（如水管內流動的水）通過縮小的過流斷面（流體通道的截面積）時，流體出現(xiàn)流速增大的現(xiàn)象，其流速與過流斷面成反比，即斷面面積越小流速越大。而根據(jù)伯努利定律，流速的增大伴隨流體壓力的降低，即常見的文丘里現(xiàn)象。

文丘里效應在我們的生活中隨處可見：用手堵住正在出水的水龍頭，從縫隙中流出來的水速度會突然增大；刮風時，兩棟高大建筑物之間的風，風速會明顯變大。

加油槍也是運用了文丘里效應。如圖所示，加油槍的進氣嘴連接了一條細長的導管，導管直通加油槍的自封機構上方。加油槍啟動時，燃料油流經副閥（縮小的過流斷面，即圖中的2處），流速增大，壓力減小，導管內（圖中的3處）的空氣在壓力差的作用下不斷地被“吸”入燃料油里。

文丘里管與文丘里效應。向導管中通入空氣后，3對流速表和壓力表指針都出現(xiàn)了偏轉，但中間（縮小過流斷面對應的）對應的一對表，壓力表偏轉更小（表明該處壓力小），流速表偏轉更大（表明該處流速更大）

油箱未滿時，進氣口與外界大氣相連通，空氣能夠得到源源不斷地補充，自封機構上方空間（圖中的1處）內的壓強不會產生明顯變化。但當燃料油被加滿時，進氣嘴與外界的連通被切斷，空氣不斷地流失，導致導管和與其相連的自封機構上方空間的壓強不斷降低，當壓強降低到一定程度時，自封裝置就會啟動。

那么，自封裝置是如何被啟動的呢？這就與加油槍內部的機械結構密切相關了。

為了更加清晰地展示機械結構部分的作用過程，我們單獨將它拆解出來，用簡化圖來表示，大體結構如圖1所示。自封機構、開關把和主閥三者構成了以A為支點，主閥為阻力的杠桿1；以B為支點，自封機構為阻力的杠桿2。

在加油槍啟動時，自封機構如圖1所示，滾珠被塊狀物阻隔在自封桿的外緣，剛好將自封桿卡住，阻止它繼續(xù)向下移動，因此A點是固定的。以A為支點，撬動主閥（阻力臂）向上移動，燃料油的通路就被打通了（如圖2所示）。

自封機構上方空間與自封機構之間以一張自控膜分割開來，自控膜下方連接有一根長錐型的塊狀物體。如前文所述，當油箱加滿時，自控膜上方的壓強不斷降低，在壓差的作用下自控膜帶動塊狀物向上移動，原本在被卡兩邊的滾珠掉落到凹槽中間。失去了滾珠的支撐，中間的滑塊就降落下來。這時，A點不再固定，開關把和主閥向下移動，實現(xiàn)了油路切斷（如圖3所示）。

將加油槍從油箱中取出后，把開關把向下壓動，此時B點是固定的，成為杠桿2的支點，A點在支撐力的作用下向上移動。而且自控膜上方的空氣再次與外界空氣相連通，壓差消失，自控膜帶動塊狀物向下移動，以此實現(xiàn)加油槍復位。

小小加油槍里蘊藏了這么豐富的物理學知識，只要你有一雙善于發(fā)現(xiàn)的眼睛，這樣的例子在我們的生活中比比皆是。

（責任編輯 / 張麗靜? 美術編輯 /周游）