簡易“魔箱”的制作

朱振棟 李剛

向下圖所示的漏斗中慢慢地倒入一大杯水后，出水口卻只流出來一小杯水。再把一小杯水倒入漏斗中，則會從出水口流出一大杯水。再把一大杯水倒入漏斗中，出水口卻又只流出來一小杯水。如此反復……

你想揭開這個魔箱的秘密嗎？想親自動手制作一個這樣的魔箱嗎？那就行動起來吧！

一、 裝置制作

1.準備材料

膠合板一塊（25cm×25cm），點滴管一套，500mL飲料瓶兩個，可彎折的吸管一根，壁紙刀、電烙鐵各一把，以及膠棒、細鐵絲等。

2.制作方法

①把兩個飲料瓶分別切下（留下帶蓋的部分）1/3和2/3，一個作為漏斗，另一個用作容器。

②在作為容器的瓶子中間部位用電烙鐵燙一個小孔（大小剛好能放入可彎折的吸管），將吸管插入小孔并彎折成如下文圖示的形狀，在連接處用膠密封好，將作為容器的瓶子用細鐵絲固定在木板的適當位置。

③在作為漏斗的瓶子蓋的靠下部位用電烙鐵燙出左右對稱的兩個小孔，以剛好能插入點滴管為宜。取兩段適當長度的點滴管，其中一根點滴管的一端插入瓶蓋中，另一端伸入容器瓶中。另一根點滴管插入瓶蓋的另一個燙好的插孔中，點滴管相對的一端和吸管上用電烙鐵燙好的孔相連。點滴管與瓶蓋相接處、點滴管與吸管相接處用膠密封。這樣所謂的魔箱就做好了（如下圖）。

二、 制作要點

1.用彎折的吸管是因為在容器中的部分要易于彎折，此處管子比進水的點滴管粗，更易于將容器中的水排出且出水較快。

2.開始前杯中的水量，要和容器中的水量相當。

3.將杯中的水向漏斗中倒入時，要緩緩地倒入，以免溢出漏斗。

三、 現(xiàn)象原理

為什么會出現(xiàn)上述情況呢？這是由這個魔箱的特殊結(jié)構(gòu)所決定的。魔箱利用了大氣壓和連通器原理的特殊應用——虹吸原理。

連通器的特點是只有容器內(nèi)裝有同一種液體時，容器中各個的液面才是相平的。如果容器傾斜，則容器中的各液體即將開始流動，由液面高的一端向液面低的一端流動，直到容器中的各液面相平時，才會停止流動。

虹吸是利用液面高度差的作用力現(xiàn)象，將液體充滿一根倒U形的管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)，將開口高的一端置于裝滿液體的容器中，容器內(nèi)的液體會持續(xù)通過虹吸管從開口更低的位置流出。

虹吸的實質(zhì)是因為重力和分子間粘聚力而產(chǎn)生。裝置中管內(nèi)最高點液體在重力作用下往低位管口處移動，在U形管內(nèi)部產(chǎn)生負壓，導致高位管口的液體被吸進最高點，從而使液體源源不斷地流入低位置容器中。

用中學物理知識解釋就是大氣壓和連通器原理的特殊應用。兩個容器液面高低不同，用管子將兩者液體連通，不論管子什么形狀，在液體自身重力作用和大氣壓作用下，總有保持液面相平的運動趨勢，即將流動的液體所受的合力指向下方，因此液體從高處流向低處。

在我們制作的魔箱裝置中，將一大杯水倒入漏斗后，由于這個漏斗具有分流作用，一部分水從漏斗下面的岔路中流出而留在容器里，這時容器里面的水沒有超過容器里出水管的最高點；另一部分水從漏斗下面的岔路流過后經(jīng)出水口流出，所以第一次只流出了一小杯水。當再把這一小杯水倒入漏斗后，同樣由于漏斗的分流作用，一部分水會從出水口流出，而另一部分會留在容器中，但此時容器中的水超過了容器里管子的高度，由于虹吸現(xiàn)象，這時容器里的水會全部流出，所以第二次會流出一大杯水。

四、 虹吸原理應用

虹吸原理可以運用到方方面面，大到水利工程，小到家居排水（如抽水馬桶、魚缸換水等），人們?nèi)绮唤柚缥?，把流體物質(zhì)移到另一處將費時費力。許多水利建設者運用虹吸原理，將河、湖等內(nèi)的水排出，可節(jié)約機械設備的使用量與電能的消耗，并十分有效地解決很多問題。許多企業(yè)運用虹吸原理，制造出大量的實用新型產(chǎn)品，比如樓頂、屋面排水系統(tǒng)，大型體育、場館設施的排水系統(tǒng)，基本上均是按照虹吸原理設計施工的。

（編輯 孫世奇）