第六章液體和氣體的性質 6.11新式的希羅噴泉

　　讀者們大概都知道一種普通形式的噴泉，這種噴泉相傳是古代的力學家希羅設計的。我在這里先談一下它的構造，然后再談這種有趣裝置的新的形式。希羅噴泉是由三個容器組成的，上面一個是沒有蓋的碟子（a），下面兩個是密閉的球（b和c）。這三個容器用三根管子連了起來，連接的方法見圖。在碟子a里裝著一些水、球b里裝滿水、球c里裝滿空氣的時候，噴泉就開始起作用了：水沿著管子從a流到c，把c里的空氣排到球 b里；球b里的水受到進來的空氣的壓力，就沿著管子往上冒，在容器a上形成噴泉。到球b里的水流完了的時候，也就是說它里面的水全部流進了球c里的時候，噴泉就停止噴水了。

　　這就是希羅噴泉的老的形式。在今天，一位意大利學校教師已經改造了這種噴泉。這位教師由于自己的物理實驗室設備太少，不得不運用自己的創造性來簡化希羅的噴泉裝置，結果他想出了一種用最簡單的設備來制造新噴泉的方法。在新裝置里，藥瓶代替了球形容器，橡皮管代替了玻璃管或金屬管。上面那個容器也不一定要穿孔，只要象圖60的上圖所畫的那樣，把橡皮管的一端放在里面也成。

　　經過這樣改造以后的儀器，使用起來就十分方便：當瓶b里的水經過碟a全部流進了瓶c的時候，只要簡單地把b、c兩個瓶子換一下位置，噴泉就會重新噴水；不過不要忘記，同時也要把噴嘴移到另一條管子上去。

　　改造以后的噴泉還有一種方便的地方，就是使我們有可能任意變動容器的位置，來研究各個容器的水面之間的高度差對水流噴射高度的影響。

　　如果你想把噴泉的噴射高度加大好幾倍，只要把這個裝置下面的兩個瓶里的水換成水銀，空氣換成水，同時把噴嘴移一下就可以做到。這個裝置所起的作用是容易明白的：水銀從瓶c流進瓶b的時候，就把瓶b里的水排出去，造成噴泉。水銀的比重是水的13.5倍，我們知道了這點就可以算出，這時候的噴泉可以噴到多么高。讓我們用h1，h2，h3來表示各個液面之間的高度差。現在我們可以研究一下瓶c里的水銀是用多大的力在向瓶b流去的。兩瓶之間的連接管里的水銀受到了兩方面的壓力。在右面對它起作用的是等于h2的這么一段水銀柱的壓力（這個壓力等于13.5h2這么高的水柱的壓力）加上h1這么高的水柱的壓力。在左面起作用的是h3這么高的水柱的壓力。總起來看，水銀所受的壓力等于這么高的水柱的壓力：

　　13.5h2+h1-h3。

　　但是，h3-h1=h2；所以我們可以用-h2來代替h1-h3，上面那個式子就變成

　　13.52-h2，

　　也就是12.5h2。這樣看來，水銀壓進瓶b里去的壓力是一根高達12.5h2的水柱的重量。從理論上來說，噴泉噴射的高度應該等于兩個瓶里的水銀面的高度差的12.5倍。但是摩擦力會把這個理論上的高度稍微降低一些。

　　雖然是這樣，這個裝置仍舊使我們有可能得到很高的噴射水流。譬如說，為了使噴泉達到10米的高度，只要把一個瓶移到比另一個瓶大約高一米的位置就夠了。奇怪的是，從我們的計算可以看出，碟a離水銀瓶的高低對水流的高度一點沒有影響。

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