蕙風輕揚

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戲說“虹吸現象”

(2010-05-13 08:45:40) 下一個

戲說“虹吸現象”

Wisewind


首先簡單介紹一下什麽是“虹吸現象”

你拿一根細的軟塑料管,再準備兩盆水,分別放在較高和較低的位置。你一手將塑料管一頭插進較高的水盆內,一手拿著另一頭,用嘴將水吸滿塑料管後立即用手指捏緊這一頭,再將這一頭插入較低的水盆內。你就會看到:雖然塑料管彎曲的那一部分高於高盆內的水麵,但是高盆內的水仍然源源不斷地“往高處流”進管中,再流入較低的水盆內。這就是“虹吸現象”。

注意:即使管中的水不是連續的,而是因氣泡而造成一處甚至多處斷開,水也照樣會源源不斷地由高盆流入低盆內。

道理很簡單:在管子內任一處,來自高盆方向的淨壓強(一個大氣壓減去短水柱重量)都大於來自低盆方向的淨壓強(一個大氣壓減去長水柱重量),因此,(本質上來源於大氣壓的)淨壓強差就驅動水源源不斷地由高盆流入低盆內。

這是中國初中物理課的內容。本不值得說的,所以本文題目是“戲說”!

為什麽要“戲說”呢?

因為,這兩天全世界的媒體都在報道關於“虹吸現象”的一種最新詮釋:澳大利亞OZ511日消息,澳大利亞昆士蘭科技大學高級講師史蒂芬.休斯博士提出:

“牛津英語詞典於1911年作出的對虹吸管的定義‘彎曲成U型並且一邊長一邊短的管子,借助於大氣壓力可以使液體在短管內上升並越過彎曲部分(而進入長管內流出)’是錯誤的,這一錯誤已延續了99年,我感到很震驚!”

史蒂芬.休斯博士提出:“是重力使液體在虹吸管中流動:管裏的水就像一條鏈子,水分子通過氫鍵而互相拉在一起。長管內的水流下,從而把短管內的水拉了上來。”

媒體說:史蒂芬.休斯博士已經將他的觀點通知了牛津英語詞典編篡Team,對方說1911年作出對虹吸管的定義的人不是科學家,他們將考慮史蒂芬.休斯博士的觀點並作出修改雲雲…….

讀了這些報道,我的第一感覺就是:

My God!對如此簡單的物理現象的解釋,竟然也可以錯到如此離譜嗎?

這就是被某些人吹捧上天的“先進的西方高等教育培養出來的物理學博士嗎?

史蒂芬.休斯博士的觀點實在是匪夷所思

實際上,即使虹吸管中的水不是連續的,而是因氣泡而造成一處甚至多處斷開,這就等同於史蒂芬.休斯博士提出的“水鏈子”在一處甚至多處是斷開的,但水也照樣會源源不斷地由短管上升流入長管內。那麽,長管內的“水鏈子”,是怎樣把後麵斷開的“水鏈子”拉上來的呢?也就是說,長管內的水流是怎樣把氣泡及氣泡後麵的水“拉上來”的呢?

史蒂芬.休斯博士無法解釋,可見他的“鏈子”理論真是漏洞百出,完全不能令人信服。

無法想象,像史蒂芬.休斯博士這樣的人,如何給學生“傳道,授業,解惑”?那可真是“以其昏昏,使人昭昭”了!會貽誤多少他人子弟啊!

我堅信:中國大陸的高校培養出來的普通理工科畢業生對“虹吸現象”的理解都會比史蒂芬.休斯博士正確而深刻得多!

我更加鑒定了我原先的看法:雖然中國大陸的高校在培養學生的主觀能動性和創造性方麵不如西方好的大學,但在基礎知識方麵,中國的理工科畢業生要比西方學生紮實得多!

我們要敢於承認自己的不足並努力改進,但同時我們也要堅定地保持和發揚我們的長處!

如此,我們將永遠立於不敗之地!

(注:將一布條搭在盛著水的盆邊上,一頭在水中,一天搭拉在盆外。水將會浸潤布條並順著布條“爬上來”,再滴到盆外去,即使將它們置於真空容器內也是如此。這是“毛細現象”,不是“虹吸現象”。又:您可以運用上麵的“虹吸”方法將冰箱裏側狹長集水槽裏的水清除幹淨。)

---End

 

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評論
Sci&Eng 回複 悄悄話 Hi Wisewind,

It is great to talk about phenomenon,but there are two mistakes as below:
1. the hydrogen bond is between hydrogen in one water molecule and oxygen in another water molecule, not within one water molecule,not 兩個氫原子與一個氧原子通過氫鍵結合在一起,而成為一個水分子!!!
2. 虹吸現象 occurs if the attractive force between the pipe wall (such glass) and water is bigger than the force between one water molecule and another water molecule, while the wall diameter is relatively small (less than the diameter due to the contact angle).If this force is weaker,for example water in wax pipe, there are no 虹吸現象.

The chain theory is wrong as:
in water there are many hydrogen bond "chains", but in petrol, foe example, there are no hydrogen bond,ie, there are no chains,but the 虹吸現象still occurs,thus the chain theory is wrong!!!
Wisewind 回複 悄悄話 回複9753的評論:

技術探討,心平氣和!

點到即止,友誼長在!

9753 回複 悄悄話 回複Wisewind的評論:
自來水從一樓升到三樓,“毛細現象”,“虹吸現象”: 都是力做工。 力或於機械泵,壓差,真空,表麵張力。

本人不在此科(流體力學),無意深論。 不過科學發展總是打破常規,把看似不相幹的現象關聯起來。

“你知道澳洲的普通老百姓是怎樣反駁史蒂芬.休斯博士的“鏈子理論”的嗎?他們舉例說:把坐落在地板上的大浴缸放滿水,直到水從浴缸邊上溢出,流向地板為止。如果史蒂芬.休斯博士的“鏈子理論”正確的話,這些“水鏈子”應該把滿浴缸的水都“拉”出來,直到浴缸裏沒有水為止!誰見過這種事?“
這倒很符合您文的題目。 謝謝。
Wisewind 回複 悄悄話 回複9753的評論:

您說的:
“盡管常識中“毛細現象”和“虹吸現象”是兩個不同的現象,其本質有必然的聯係:即容器裏的液體可以克服自身重量上移。在特定的科學研究領域中,例如樹葉從樹根吸取水分,“毛細現象”和“虹吸現象”是一個事實,即水從低部上升到高處。”

我的評論:
““毛細現象”和“虹吸現象”是兩個不同的現象”-對!
“其本質有必然的聯係”-錯!““毛細現象”和“虹吸現象”在本質上沒有必然的聯係!
“即容器裏的液體可以克服自身重量上移”- 錯!在“毛細現象”中,毛細管裏的液體克服自身重量上移,但是有條件的:管子夠細,且液體升到表麵張力與液柱重量平衡時,上升即停止;在“虹吸現象”中,不是“液體克服自身重量上移”,而是“大氣壓克服短管中液柱重量而把它推上去,並越過管子的彎曲部分而進入長管中”。“虹吸現象”中對管子的直徑是沒有限製的。但是當短管的高度大於10米時,因為大氣壓等於短管中液柱重量,虹吸管就不工作了。
“在特定的科學研究領域中,例如樹葉從樹根吸取水分,“毛細現象”和“虹吸現象”是一個事實,即水從低部上升到高處。”- 錯!樹葉從樹根吸取水分,是“毛細現象”,不是“虹吸現象”!都是“水從低部上升到高處”並不能說明“毛細現象”和“虹吸現象”是一回事。正像自來水從一樓升到三樓,既不是“毛細現象”,也不是“虹吸現象”一樣。

據說,BP公司已經運用“虹吸原理”把海平麵幾百米(千米?)以下的泄漏石油“吸”上來了40%。

請您運用史蒂芬.休斯博士的“鏈子理論”來解釋一下:吸油船上“虹吸管”裏的幾米(或十幾米)高的“油鏈子”,是怎樣把另一頭伸到海底幾百米(或千米?)高的“油鏈子”“拉“上來的?

既然您認為史蒂芬.休斯博士對“虹吸現象”的修正表述是可取的,能否請您寫一篇文章係統地闡明您的觀點,說明一下他的“鏈子理論”為什麽比原來的“大氣壓力理論”更準確地描述了“虹吸原理”呢?而不是像現在這樣隻是說出您的結論?

你知道澳洲的普通老百姓是怎樣反駁史蒂芬.休斯博士的“鏈子理論”的嗎?他們舉例說:把坐落在地板上的大浴缸放滿水,直到水從浴缸邊上溢出,流向地板為止。如果史蒂芬.休斯博士的“鏈子理論”正確的話,這些“水鏈子”應該把滿浴缸的水都“拉”出來,直到浴缸裏沒有水為止!誰見過這種事?

最後,我想說的是:史蒂芬.休斯擁有的物理學博士的頭銜,並不能自動證明他的“鏈子理論”是對的!正像本人擁有材料科學博士學位,但並不能自動證明本人任何有關材料科學的觀點都是對的一樣!

9753 回複 悄悄話 盡管常識中“毛細現象”和“虹吸現象”是兩個不同的現象,其本質有必然的聯係: 即容器裏的液體可以克服自身重量上移。 在特定的科學研究領域中, 例如樹葉從樹根吸取水分,“毛細現象”和“虹吸現象”是一個事實,即水從低部上升到高處。


史蒂芬.休斯博士對“虹吸現象”的修正表述是可取的。 所以我對您對史蒂芬.休斯博士的評語是不讚同的: 你說:“對如此簡單的物理現象的解釋,竟然也可以錯到如此離譜嗎?這就是被某些人吹捧上天的“先進的西方高等教育”培養出來的物理學博士嗎?史蒂芬.休斯博士的觀點實在是匪夷所思!“

您對科學家/專家/學者的意見可以提出個人的看法和批評,而不是譏諷。 並且您自己確實也非流體力學方麵的學者,(我也不是,不過看過幾篇文章而已), 對學術問題批評對與錯您自己也不清楚。 再引申到學術以外的結語東西就恐怕容易出謬誤了。
Wisewind 回複 悄悄話 回複9753的評論:

“在表麵張力作用下,液體在毛細管中發生虹吸現象。” – 您究竟在陳述什麽?
液體在毛細管中上升是液體對管壁的浸潤作用與表麵張力交互作用的結果:液體首先浸潤管壁,然後表麵張力將液體拉上來使液麵變平,然後液體再浸潤管壁……。這是“毛細現象”,不是“虹吸現象”!
“虹吸現象”(Siphon)是什麽? Siphon is:
“A tube or conduit bent into legs of unequal length, for use in drawing a liquid from one container into another on a lower level by placing the shorter leg into the container above and the longer leg into the one below, the liquid being forced up the shorter leg and into the longer one by the pressure of the atmosphere.” (http://dictionary.reference.com/browse/siphon)
不知道這裏的“虹吸現象”與您說的“氫鍵”,“表麵張力”,“分子之間的作用及和表麵的作用”……之類有何關係?


9753 回複 悄悄話 您的看法“ 說到“氫鍵與水分子”,應是:兩個氫原子與一個氧原子通過氫鍵結合在一起,而成為一個水分子。

但這與“虹吸現象”無關。”

是不完全正確, 氫鍵也可以存在水分子之間。 在表麵張力作用下,液體在毛細管中發生虹吸現象-物理現象。 液體的化學性質(分子之間的作用及和表麵的作用都對表麵張力有影響)。 史蒂芬.休斯博士的考慮有科學的依據,在表述虹吸-物理現象時加入了液體化學性質的考慮。

科學討論和您的結論無關,更不適合以一例子或數例子得到您的結論:

”我更加鑒定了我原先的看法:雖然中國大陸的高校在培養學生的主觀能動性和創造性方麵不如西方好的大學,但在基礎知識方麵,中國的理工科畢業生要比西方學生紮實得多!


我們要敢於承認自己的不足並努力改進,但同時我們也要堅定地保持和發揚我們的長處!


如此,我們將永遠立於不敗之地!“


Wisewind 回複 悄悄話 回複anahiyiyi的評論:

謝謝!你過獎了!

本人受之有愧!還要繼續努力!
anahiyiyi 回複 悄悄話 你稱我"您"就不對啦,嘻嘻!!
欣賞你的才華!
Wisewind 回複 悄悄話 回複anahiyiyi的評論:

您說得對!

說到“氫鍵與水分子”,應是:兩個氫原子與一個氧原子通過氫鍵結合在一起,而成為一個水分子。

但這與“虹吸現象”無關。
anahiyiyi 回複 悄悄話 “虹吸現象”應該是大氣壓的作用。
氫鍵能拉水分子?那麽這位博士得創造水往高出流了?
登錄後才可評論.