题目
“南水北调”遇到黄河时如何将“南水”从黄河南岸输送到北岸?这个世界级难题,我们中国工程师选定了盾构隧洞穿黄方案,利用倒虹吸原理将一渠清水永续北送。根据我们学过的知识可以推测输送管道内虹吸现象发生的必要条件()。
“南水北调”遇到黄河时如何将“南水”从黄河南岸输送到北岸?这个世界级难题,我们中国工程师选定了盾构隧洞穿黄方案,利用倒虹吸原理将一渠清水永续北送。根据我们学过的知识可以推测输送管道内虹吸现象发生的必要条件()。
题目解答
答案
管道内必须先充满水,形成连续的水柱
解析
本题考查虹吸现象的原理及发生的必要条件。解题思路是先明确虹吸现象的本质,再分析其发生所需要满足的条件。
虹吸现象是一种流体力学现象,是利用液面高度差的作用力现象,将液体充满一根倒U形的管状结构内后,将开口高的一端置于装满液体的容器中,容器内的液体会持续通过虹吸管向更低的位置流出。
下面详细分析虹吸现象发生的必要条件:
- 首先,管道内必须先充满水,形成连续的水柱。这是因为虹吸现象的动力来源于两端的液面高度差所产生的压强差。如果管道内没有充满水,存在空气,空气会占据一定的空间,破坏液体的连续性,使得压强差无法有效地传递,从而无法形成虹吸现象。例如,当管道中有空气时,空气的压强会与液体的压强相互作用,阻碍液体的流动,导致液体无法持续地从高处流向低处。
- 其次,还需要有一定的液面高度差。只有当管道两端存在高度差时,才会产生压强差,这个压强差是推动液体流动的动力。根据液体压强公式$p = \rho gh$(其中$p$为压强,$\rho$为液体密度,$g$为重力加速度,$h$为液面高度差),高度差$h$越大,产生的压强差就越大,液体流动的动力也就越大。