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给飞驰的列车加水

时间:2022-02-14 理论教育 版权反馈
【摘要】:火车在行驶的途中需要给装有煤和水的车厢加水,为了应对这种需求,可以在一些车站的两条铁轨间修建如图4所示的长水槽,火车经过车站时将下端的毕托管浸入水槽中,弯管下端的开口向前,管子中的水平面上升,水就会进入行驶中的火车的车厢中。

如图4所显示的那样,把一根下端弯曲的水管垂直放入水中,使下端的管口迎向水流的方向。这根管子被称为毕托管,水流入这根管子里,会使管子里的水平面高于水流的水平面,高出的部分用H表示,水流的速度决定着H值的大小。这个实验所显示的是我们熟知的力学现象,而铁路工程师们将这一现象加以转换,用静止代替运动,用运动代替了静止。

图4 行驶中的火车利用毕托管为煤水车加水

火车在行驶的途中需要给装有煤和水的车厢加水,为了应对这种需求,可以在一些车站的两条铁轨间修建如图4所示的长水槽,火车经过车站时将下端的毕托管(图4左上小图)浸入水槽中,弯管下端的开口向前,管子中的水平面上升,水就会进入行驶中的火车的车厢中(图4右上小图)。

那么这个方法会使水平面上升多少呢?力学中有专门研究液体运动的水力学分支。根据水力学的原理,毕托管中的水平面提升的高度,与用水流的速度垂直向上抛掷物体的高度应该是相等的。在忽略因摩擦、涡流等方面导致的能量消耗的前提下,这一高度可用公式表示:

其中,v为水流速度,g为重力加速度,g=9.8米/秒2

上例中,相对于毕托管来说,水流的速度与火车的速度是相等的,在这里我们使用一个保守的数值36千米/小时来计算,则10=v米/秒[1],管中水平面提升的高度为:

显然,即使将因摩擦、涡流以及其他任何未被考虑在内的原因消耗掉的能量计入其中,利用这种方式为煤水车加满水都不成问题。

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