马桶是怎么冲水的?
马桶是很常见的厕所设施,几乎家家都有。它们用于处理人类的尿液和粪便,是世界卫生事业的大功臣。每次你按动那个按钮,就会听到一股水流的声音,水流入马桶,把所有东西都冲走了。这个过程的背后,隐藏着怎样的科学原理呢?要知道,许多马桶都是依据这样一个物理原理——虹吸,而设计的。虹吸式马桶有着强大的排污能力,而且噪音小,是很受欢迎的马桶类型。
虹吸式马桶是由什么组成的?
虹吸式马桶主要由三个部分组成:那个外形酷似“大碗”的马桶池、水箱和虹吸管。马桶池就是你坐的地方;水箱(如果你是坐着的,通常在你后面)是用来装水的;另外呢,在你看不见的马桶内部,有一个弯曲的管道,像倒写的字母“S”,这就是虹吸式马桶的关键——虹吸管了。
什么是虹吸原理?
虹吸利用的是液面高度差产生的作用力。由于管口水面所受液体压强不同,水会由压强大的一边流向压强小的一边,直到两边的压强相等,容器内的水面变成相等高度,水就不会再流动了。
虹吸现象能将容器内的水很快抽出,虹吸式马桶其实就是对虹吸现象的一种实际应用。
马桶如何应用虹吸原理?
虹吸管一边连着马桶池,另一边连同下水道。按动按钮,水箱会向马桶池里大量注水,让水面变高。为了让两边的水面高度相等,马桶池中的水会向虹吸管另一侧流动,这时,水流会把污物也一同带走,流进下水道。
随着马桶池中的水变浅,空气也会进入虹吸管,当虹吸管两端的压强达到平衡时,虹吸过程就就停止了,这也意味着冲水结束了。这时马桶池里会留下少量的水,形成有一定高度的水柱,就像你每次冲完厕所,都会看到马桶池里会剩下一点水那样。
来做两个有趣的实验吧,这会让你对马桶的虹吸原理有更多的了解。
首先,取一桶水倒入马桶池中。这时,马桶池会发出那标志性的“哗哗”声,这意味着冲水完成。
现在,请拿一杯水倒进马桶池里,什么也没发生,对不对?接下来,把10杯水依次倒进马桶,一次倒一杯,结果还是一样,池里的水似乎还是没什么变化。
其实,无论依次倒进多少杯水,你都很难看到马桶池的变化。这是为什么呢?
你可以从图中得到答案。由于一杯水太少了,虹吸现象并不明显,多余的水很快溢出了虹吸管的另一端,悄无声息地流走了。
随着科技的发展,虹吸式马桶的样式也越来越多了,除了普通虹吸,还有高级虹吸、喷射虹吸等,马桶们正在向着冲得更干净,噪音更小的方向发展。很难想象没有马桶的日子吧?事实上,世界上很多落后的地区,还处于没有马桶的不幸境地,而那里的卫生条件,我们也可想而知了。
参考资料:
http://ffden-2.phys.uaf.edu/webproj/212_spring_2014/Dalton_Calquhoun/1215624231535489bade326/how-it-works.html
https://home.howstuffworks.com/toilet.htm
https://www.wateraid.org/facts-and-statistics
作者:董依明
审稿:张轩中(中国科普作家协会会员,中国物理学会会员)