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2018-01-04
实验君
把科学带回家
本文由公众号 “把科学带回家” 提供 给孩子最好的科学教育 上面这个杯子看起来没什么稀奇的，但其实它的本事可大了呢！ 它可以把那些贪心多倒的酒全部自动漏光，神奇吧！ 今天就教你制作朱元璋也啧啧称奇的九龙杯，帮爸爸在过年的时候偷偷倒掉一些酒。 关键概念 虹吸现象、克特西比乌斯 材料和工具 塑料水杯 一根可以弯的吸管 剪刀 强力胶/粘土 操作步骤 1. 在塑料水杯底部开一个洞，大小和吸管差不多。 2. 把吸管弯过来，短的那端修剪出一个凹口，像下面这样。 3. 把吸管长的那端插到杯子里，从杯底露出。 4. 用强力胶或粘土把杯底和吸管之间的缝填满，让结合处不要漏水。 5. 现在可以实验啦。在杯子里倒水，不要没过杯子里的吸管，看看水漏出来了没。然后再多倒一些水，看看会发生什么事？ 实验原理 今天教大家制作的九龙杯也叫坦塔罗斯杯（Tantalus cup）、毕达哥拉斯杯（其实不是毕达哥拉斯发明的，克特西比乌斯哭晕在厕所）、公平杯、公道杯、戒贪杯等等。它是一个叫做克特西比乌斯的古希腊人发明的。 克特西比乌斯是谁呢？ 从公元前6世纪开始，古希腊的思想家们就开始尝试理解我们的物理世界。在这些古代的科学先驱者之中，有一个超厉害的古希腊发明家和工程学家克特西比乌斯（Ctesibius of Alexandria）。 ▲ 克特西比乌斯 他的伟大发明有：扭力弩炮、水风琴、最早的精准水钟、压力泵等等。可以说他是一个创造力和达芬奇不相上下的人。 ▲ 克特西比乌斯发明的水钟，由17世纪的法国建筑师Claude Perrault复原 这位生活在公元3世纪的发明家被后人称为“气体力学之父”，因为他常常用气体的性质进行发明创造。 出身卑微的克特西比乌斯可能曾经是个理发师，或者他的父亲是个理发师。他善于设计和制作各式各样精巧的机械装置，因而逐渐被他同时代的人所认可，最终成为当时世界上最大的图书馆——亚历山大图书馆的馆长。 ▲ 亚历山大图书馆示意图 从实验中你大概已经发现了，只要水不没过中间的吸管，这个杯子就和普通的杯子一样。但是只要液体高于中间的吸管，液体就会自动流完。戒贪杯的意义就在于此。 那么九龙杯到底是什么原理呢？ 其实九龙杯利用的就是虹吸现象。 ▲ 虹吸现象 历史学家们一度认为虹吸现象最早也是“气体力学之父”克特西比乌斯发现的，直到后来考古学家们证实，虹吸现象至少在公元前1430年时就被古埃及人发现了。 ▲ 公元前1430年的底比斯的壁画复原图，古埃及人利用虹吸现象从酒罐中吸酒 几百年后，美索不达米亚的亚叙人进一步把虹吸管发扬光大。他们制造了一个巨大的虹吸管为亚叙的城市——尼尼微供水。这个工程学杰作直到19世纪才被超越。 尽管虹吸现象得到了广泛的应用，但是和克特西比乌斯的身世一样，它的原理时至今日依然没有得到充分的理解。 物理学家们提出了好几种理论来解释虹吸现象。 中学老师们最喜欢引用的就是压强差说——虹吸管两端的气压与液压的差不同，这种压强差是虹吸现象的成因。但是后来科学家们发现，即使在真空中虹吸现象也存在，因此压强差说并不完美。 有些人认为，虹吸现象的原理是重力。受到重力拉扯的液体会不断从虹吸管的一段涌出。 另外还有一个理论叫做链模型（chain model），这个理论认为分子间的作用力让液体变成了一根长链子，这就是让液体持续不断流出的原因。 ▲ 长链子也存在虹吸现象，因此链模型也有道理 但是这些理论各自都有解释不了的现象。不管怎么说，虹吸现象的原理到现在为止并没有定论。 |
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