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戒盈杯:过犹不及话虹吸 精选

已有 3975 次阅读 2017-7-15 08:45 |个人分类:力学科普|系统分类:教学心得

引言:收拾书柜而看到读大学时订阅的《力学与实践》,当时是季刊,一年1.60,相当于3天的伙食费,与当时的书籍相比似乎价格有些偏低(现在是双月刊,一年240。因自己发表文章,2013年后刊物自费订阅仍予保留)。1983年第3期第60页有老亮的读书有感”。我觉得“将勘误表寄著译者和出版社”值得学习——做教师的就该这样才好呢。

做事要认真仔细,但知道思虑欠周或一时疏忽总是有的,不可完全避免;因而别人指出自己的错漏时总是真心诚意地感谢;即使人家说错了,也是自己叙说不清方引起误解,同样得在致谢之后修改文稿。

 

正文:某日网上看到新闻,翻出本书,扫描了封面和书中的一段话:

几年前一位制作陶瓷器的朋友在吃饭时跟我提到戒盈杯。它的设计是在杯子上打洞,如果倒得适量酒就不会流掉,但若超过七分满酒就会流到下面去,是一种很奇特的酒杯。这杯子代表“凡事不可过满”的意义.........

又从网上找到一张“戒盈杯”的图片,配上此前上课用的照片,添在下午“生活中的力学”课件前作为开场白。当然会再演示一下虹吸现象,说“水往低处流是内因,本性;大气压是外因,环境;而曲管内充满水是触发条件,机遇!

学校真是太大了;而17点开始的第四大节课与第三大节课之间只有10分钟间隙,因而多有同学迟到。第一次课就说:“我是不点名的。没事还请来听课,迟到从后门进来就好”。当然上课的前5~10分钟不讲新内容,讲些与力学相关的新闻或趣事。这次用“戒盈杯”。

虹吸就是液体利用曲管经过高于液面地方流向低处。上课演示多种虹吸发生方式并说明用途。对于“戒盈杯”而言,水位达到最高点之后才能流动,而流动停止需要水位低达进水口;因曲管最高点是不知道的,水位变化就有了“量变引起质变,质变不可逆转,临界点隐蔽难知”的况味。

实际所用出水管有60 cm 长,因而出流速度较高;以低流量向杯中持续补水,即可形成周期性的间断出流且流量较大,并说“由于没有机械启闭构件,可靠性较高,能够用于什么什么冲水啊”。据此也可以解释某些山区间隙泉的缘由。

上课时也用一根细管灌满水,用手指压住上端则水不流出而松开则流出,据此说明“鸳鸯壶”的力学原理。又,“戒盈杯”和“鸳鸯壶”想来可用粗棉线埋在陶坯中烧制而成;这些中国古代就有,上课时还可以讲些有趣的故事

虹吸管进水口与出水口的水面都是大气压,计算流速时水头差就只剩下高度差而不含有大气压,有时竟会引起误解,如《辞海》2000版缩印本2244装置通常处在大气中。但即使两贮水器液面为真空,虹吸现象也能实现”。这实在是错了——没有大气压力怎能产生虹吸呢。

左侧水往高处流时压力要降低,因而曲管最高点不能超过液面大气压所对应的液柱高度,否侧曲管顶部就要成为真空——1643Torricelli (1608~1647) 所做的大气压试验啊

虹吸流量的计算公式看似简单,内涵却有些复杂,因而寒假中写了一篇文章送到本校学报,表明教师应该细致地理解教材内容才好; 

尤明庆. 实现虹吸过程的条件.pdf焦作工学院学报(自然科学版), 2003, 22(6): 487-489

随即又以简略的说明寄到《辞海》编辑委员会。七年后看到新版《辞海》删除了那两句话,其余解释不变(文字在左栏底部,图在中栏顶部)。今天写这些文字,又过去了七年呢。



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