【Art】虹吸原理（5月份订正版）
引言
孔子说过水“流必向下”，农谚也有“人往高处走，水往低处流”之说，确实，平时我们见到的水因为重力都会往下流。但是水会不会有往上流的时候呢？这样会不会违反了重力呢？实际上是有的，而且这是一种在生活中很常见的物理现象，我们将这种现象称为虹吸原理。
虹吸原理实验
实验过程：
1.准备两个水桶或脸盆，一个凳子或增高物，一条长度适当的水管
2.将一个桶（盆）置放在增高物体上，另一个放在较低的位置上
3.往桶（盆）内注入较多的水，保证能清晰观察
4.在管内注满水，并堵上两端使其不会漏出
5.将水管置成倒U状，两头分别没入桶（盆）内水中，并松开两端使水管流通
6.我们可以发现高处的水会持续通过水管流向低处水位
实验原理：
虹吸的实质是由液体压强和大气压强而产生的。
液压计算公式：P=ρgh（P为压强；ρ为液体密度，单位一般为kg/m³；g为重力加速度，单位为9.8N/kg；h为液体深度，单位一般为m）
由于液态分子间会存在引力与位能差能，液体会由压力大的一边流向压力小的一边。而这里所说的压力，就包括了液压，和大气压。在虹吸模型中，两边的大气压为P1和P2，因为处在同一个环境下大气压是相差无几的，即两管口受到向上的大气压P1=P2，而两盆水的重力加速度和密度显然都是一样的，就直接用g与ρ表示。
管内此时是装满水的，我们便可得知左侧管口受到向下的液压强P左=ρgh1，
右侧管口受到向下的液压强P右=ρgh2,即P左<P右
于是我们可以得到P1-ρgh1>P2-ρgh2
此时高处管口比低处管口的整体压强要大，原来管中相对静止的水受到了不平衡的力便往低处流去，由于高处管口仍然有水的补给，就形成了一条定向的流水线，虹吸现象就这么产生了。
易错提醒：
- 虹吸与连通器并无太大关系，连通器的概念是上端开口下端连通的仪器。
- 这里面有液体压强，也有大气压的作用，辟如没有大气压的作用，只有液体压强，那么管子中的水就会以A点为界线，左端往左流，右端往右流，中间形成一段真空层。
倒虹吸
倒虹吸是对虹吸原理的一种应用:当渠道与道路（或河沟）高程接近，并且处于平面交叉时，可以修一构筑物，使水从路面或河沟下穿过。倒虹吸主要有竖井式。这种形式施工简便而且便于清除泥沙。倒虹吸有箱形和圆形两种。物理上水往高处走的现象是一种水利工程的技巧。它是在渠道与道路、河流发生交叉或在渠道穿越山谷时经常采用的一种立交水工建筑物。与虹吸管的工作原理相同，均利用了上下游的水位差。
早在古代，古人就明白了这个道理。水之性，行至曲，必留退，满则后推前，地下则平行，地高即控。这是古代著作《管子·度地》对倒虹吸的描述。
世界上运用倒虹吸的著名的例子，如：
一、1975年至1981年在对位于河南省登封县告成镇的阳城遗址的发掘中，发现有战国晚期的城市管道供水系统，其中实际应用了倒虹吸。
二、公元前180年左右在土耳其境内古希腊帕加马城建有大型城市输水管沟，水从海拔约360米的源头，跨越两条山谷输送至这座城堡，而城堡制高点只比源头低约40米。
如右图所示。
倒虹吸在开始工作时不需人为地制造管中的真空，因而更为普及。
生活中的虹吸
一、鱼缸换水
有些人家里总会有这么个鱼缸，或大或小，都会被精心布置，有假山，有水草，有石子，更有几条引人注目的鱼儿。看的时候赏心悦目，可换水却是一个大难题，怎么保证不影响到鱼儿的生活而又能很好地换入干净的水进去呢？难道用水桶一点一点舀出脏水，再一点一点换入净水？那这会让很多没耐心的人头疼的。
这时候，虹吸原理就可以大放光彩了。一条水管，一个接水的桶子便足够。根据虹吸原理，我们只需要制造一个水位落差，便可以将鱼缸中的水引出来。将一条水管装满水，排掉里面的空气，然后分别用手堵住两头，一头浸入鱼缸液面，另一头放桶里，水流就会哗哗地不断被引入桶里。于是乎，液体就会源源不断地从高处跃到低处直到管子接触不到液体为止。
二、虹吸式雨水排水系统
有些大型建筑的屋顶面积很大，比如我国北京的大兴国际机场，建筑的屋顶面积达到18万平方米。遇到暴雨时，雨水顺着屋檐流下，让整座建筑被流水积水包围，犹如在一个水帘洞中。而巧妙利用虹吸原理的虹吸式屋面雨水排放系统就可以很好的解决这个问题。
虹吸式雨水排水系统运用了虹吸现象，依靠特殊的雨水斗设计，实现气水分离，如下图。它利用屋面与雨水斗的高度差，当屋面的积水到达一定高度时，在大气压和液压的共同作用下，屋面的压强大于管内的压强，形成虹吸，便开始不断地进行排水工作。于是雨水顺着管道朝低处流下，以达到排水的目的。
相较于普通的重力式排水系统，虹吸式排水系统可以用更加快速的方式将雨水排出屋面，也因此受到了欢迎，被广泛运用于各种大型建筑，如鸟巢。
三、马桶
我们日常使用的抽水马桶也利用了虹吸的结构，我们用过的水会通过马桶的吸水管处（下方倒U型管状部位）排出，避免笔直水管带来的臭味。
1、首先管里面要拥有满满的水。
2、相应的出水口水面一定要低于上容器水面。这样的情况下出水口的液面才会受到一定的大气压力，进而保证水的流出。
3、这个管最高点一般是距上容器水面高度值绝对不能够高于大气压所进行支持的水柱高度。
结论
我们解析了虹吸模型中压力的影响因素与变化，知道了“水会往上流”是因为水位高，压强大，理解了虹吸原理。不仅如此，我们也要学会在生活的方方面面中去发现并且利用虹吸去解决问题，才能更加透彻地理解虹吸原理。
撰写完稿日期：2020年5月17日
论文关键词摘要：虹吸原理，大气压，液压
