操控水火的文丘里效应

人们搭乘高铁时，为什么不能离轨道太近？加油站的工作人员如何精准判断油箱是否加满，加油机的“自动跳枪”又是如何实现的？当房屋起火之时，为何消防员手中的高压水枪不直接对准火源，却选择在窗口处反向喷射空气？再将视线拉到我们身边更近的地方，心爱的香水瓶、浇花的喷水壶，它们究竟是如何将液体转化为细腻雾状的呢？

悄悄告诉你，这些奇妙的现象有一个名字——文丘里效应。

意大利物理学家文丘里发现了一种现象：当高速流动的流体通过一个缩小的通道时，流速会显著增加，这就是著名的文丘里效应。想象在一个炎热的午后，你在花园里接通水管给草地浇水。这时，高速流动的水穿过曲折的管道，从水泵处到达你的身边。若你玩心大起，捏紧水管的出水口，你会发现管道因挤压而变形。此时的出水口，也就是通流横截面的面积减小，水流的动态压力便跟着急剧上升，水流速度骤然加快，能比之前喷射得更高、更远。而且，随着你的手对管道的挤压，出水口被挤得越扁、越小，水的流速会越快。

这不仅仅是个顽皮的游戏。根据伯努利定律，流速增加会伴随流体压力的降低，而这种低压又会产生吸附作用。例如，当你去加油站为车子加油，工作人员通常将一柄加油枪插入油箱口处。此时，加油枪后面拖着的“尾巴”是一条输油管道，它使其中的汽油成为受限流体，高速流动的汽油通过油枪抵达油箱。为了平衡汽车油箱内外部的压力，油枪的枪管中会设计一条输气管道，联通枪管前端及油枪手柄。当汽油流经油枪内部时，因喷口的缩小而被喷射出来，就像花园浇水的水管一样。此时，喷口后侧则会产生一个低压区，低压将油箱内的空气吸附住，通过输气管道抽到油箱外。一旦油箱加满，油箱内液面上升，堵住枪管里的输气管道进气口，油枪内部的一系列机械结构则会发生反应，自动停止喷注。

同理，当房屋内部起火之时，消防员通常会将高压水枪举至窗口处，反向对着空气喷射，借助流体高速运动时产生的低压，抽吸火场内部的空气。火需要氧气来维持燃烧，而切断氧气供应，则可以有效阻止火势继续蔓延。正如同厨房炒菜锅着火时，人们通常选择盖上锅盖、覆盖湿抹布等手段，让火焰“窒息”一样。这种对于文丘里效应的科学运用，也是一种阻隔空气、阻隔氧气的绝妙手段。

除此之外，喷香水或是使用园艺喷壶为盆栽浇水，同样与文丘里效应有关。你会发现，喷雾器的内部通常有一个小孔，当你按下喷嘴，这个小孔形的设计可使空气自由通入。在这个狭小的通道中，空气流速增加，压力降低，低压将液体吸附住并拉入喷嘴，液体与高速气流相撞，被瞬间撕裂成细密的雾状液滴，然后喷洒出来。有时连续按压后，突然发现喷嘴短暂“失灵”，几秒钟后空气进入，它又自然恢复，这同样证实了文丘里效应的存在。

日月逾迈，光阴荏苒，文丘里效应的发现迄今已有数个世纪，而基于它设计的设备、设施仍旧应用在我们的生活里，从大型工业设备到家庭日常用具。物理学距离我们从不遥远，文丘里效应也不仅仅是课本里冷冰冰的概念，而是真真切切参与人类发展的细枝末节，陪伴在我们的身边。