生产、生活中的联通器

裴学存齐全

人类社会已经进入了信息化时代，人们在生产、生活中使用的机器、器械的种类越来越多，构造日趋复杂.在种类繁多的器械中，有一种结构及原理都极其简单、应用极为普遍的器械，它就是“联通器”.本文对生产和生活中的连通器进行简要分析.

连通器定义：上端开口底部相连通的容器.

联通器性质：联通器里的水（密度均匀的液体）不流动时，各个容器里的液面总保持相平.

证明如图1所示，设想U形管底部有一液片AB，截面为S，由于液片静止，所以左右两边的压力相等，F左=F右 ，由F=pS得p左=p右，即ρgH左=ρgH右，所以H左=H右 ，即液面相平.

联通器最著名的应用是船闸，它解决了由于水库大坝阻断航运的问题，如图2是我国长江三峡的船闸，它是世界上最大的船闸，双线五级，全长6.4 km，落差达113 m.

事实上，连通器在生产生活中的应用十分广泛.如图3所示，茶壶、茶炉的“水位计”、自来水系统、涵洞都是联通器.不过需要特殊说明的是：很多教辅用书中关于茶壶的壶口、壶嘴高低的讨论，犯了同一错误：“因为联通器里的水不流动时，各个容器里的液面总保持相平，所以壶口、壶嘴一样高”；但是生活中所使用的茶壶、酱油壶、咖啡壶等壶具的壶嘴略低于壶口，这样设计是合理的，如果壶嘴、壶口相平，由于壶嘴较细，流量小，向外倒水时，水易从壶口溢出；壶盖上的小孔，其作用是：一旦壶盖封闭的过严，小孔仍然与大气相同，使茶壶仍然满足“联通器”条件，水容易倒出；关于茶炉水位计，要及时清理与炉体相连的管道，一旦被水垢堵塞，（已经不是连通器）就不能正确指示水位了；自来水的水塔要高于它供水的所有楼层，偶尔遇到一、二楼有水，但是五、六楼没水，就是水塔里的水面低于五六楼高度的缘故；涵洞解决了水道与道路交叉的问题.

另外实验室里，水槽下的U形管、地漏下的弯管等都是联通器，有水流过U形管时，会在U形管里留下一段水柱，形成一个常闭的阀门，即阻止下水道的浊气上升，又随时允许水池、地面的废水通过.充分体现了设计师的聪明才智.其实座便器底部（如图4）也是一个联通器，其作用与U形管相同.

城市建设的排水系统也是一巨大的连通器，依据联通器原理，最后一个排水口，要比马路边的所有的排水口都低，才能实现顺利排水.

沼气池的进料口、出料口、发酵间构成一个联通器，沼液封住进料管、出料管，使沼气进入储气间，同时不影响进料、出料.

随着科学技术的发展，养殖业逐步实现了自动化，养牛业用的自动喂水槽如图5，就是依据联通器原理设计的，当喂水槽B水面下降时，控制槽A的水面同时下降，浮子下降，通过杠杆使进水阀打开；当水面上升时，浮子上升，到达设计高度时，进水阀关闭.

特殊的联通器：虹吸（如图6），黄河的河套地区，农民浇地时，把一根长长水管灌满水，一端放入黄河，另一端跨过河堤再放开出口，水就自动流出，这是因为左边液面到出水口所在平面的压强：p左=ρgH，右边的液面到出水口所在平面的压强为：p右=ρgh，因为H>h，所以p左>p右，水从压强大的一侧沿着管道流向压强小的一侧.

综上所述，联通器与人们的生产、生活息息相关，了解联通器原理，会给你的生产、生活带来方便.例如，汽车司机经常用“虹吸管”从汽油桶中抽取汽油；建筑工人常用长长的透明水管（实质是联通器），测量距离较远的两点是否在同一水平面或测出两点高度差；如果遇到地漏“反味”，是地漏下面U形管里的水已干涸，往地漏内倒一些清水，马上就能消除“反味”现象.