CN106023741B - 沙漏式希罗喷泉循环演示仪 - Google Patents

Abstract

沙漏式希罗喷泉循环演示仪，涉及教学仪器设备技术领域，包括上储水腔、下储水腔、1号管道、2号管道、3号管道、4号管道、密闭式的上喷水池和下喷水池，上储水腔位于下储水腔上方，上喷水池设于上储水腔上方，下喷水池设于下储水腔下方，1号管道将下储水腔与上喷水池连通，2号管道将上储水腔与下喷水池连通，3号管道将下储水腔与下喷水池连通，4号管道将上储水腔与上喷水池连通，1号管道的下端口低于3号管道的上端口，1号管道的上端口低于4号管道的上端口，2号管道的上端口高于4号管道的下端口，2号管道的下端口高于3号管道的下端口。该沙漏式希罗喷泉循环演示仪结构简单、制造成本低廉，便于大规模推广应用。

Description

沙漏式希罗喷泉循环演示仪

技术领域

本发明涉及教学仪器设备技术领域，特别涉及一种沙漏式希罗喷泉循环演示仪。

背景技术

希罗是古希腊的一位著名的科学家和发明家，其最著名的发明就是希罗喷泉。希罗喷泉的工作原理主要是利用不同容器间的水位差,产生势能来压缩空气，从而驱动水往上喷射，希罗喷泉最直观的效果就是在无外加动力的情况下喷出的水柱能超过最高液面，人们首次看到希罗喷泉往往惊讶不已，认为其违背了物理守恒定律，在课堂教学时，教师单凭口头描述往往难以让学生清楚地理解希罗喷泉的原理。

申请人之前提交的申请号为“201620781680X ”的中国发明专利以及申请号为“2016105856826”的发明专利虽然能够帮助学生更清楚地理解希罗喷泉原理，但是以上发明专利存在无法循环演示的缺点，而上述发明专利又面临结构复杂、制造成本较高的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、制造成本低廉的沙漏式希罗喷泉循环演示仪。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种沙漏式希罗喷泉循环演示仪，包括上储水腔、下储水腔、1号管道、2号管道、3号管道及4号管道，所述上储水腔位于下储水腔上方，该沙漏式希罗喷泉循环演示仪还包括密闭式的上喷水池和下喷水池，所述上喷水池设于上储水腔上方，所述下喷水池设于下储水腔下方，所述上储水腔/下储水腔/上喷水池/下喷水池开设注水口或者其内部盛装有用于形成喷泉的液体；

所述1号管道将下储水腔与上喷水池连通，所述2号管道将上储水腔与下喷水池连通，所述3号管道将下储水腔与下喷水池连通，所述4号管道将上储水腔与上喷水池连通；

所述1号管道的下端口低于3号管道的上端口，所述1号管道的上端口低于4号管道的上端口，所述2号管道的上端口高于4号管道的下端口，所述2号管道的下端口高于3号管道的下端口。

作为在前述方案基础上的优选方案，该沙漏式希罗喷泉循环演示仪包括一根主管，所述主管内设有隔板，所述隔板将主管的内腔分隔形成所述上储水腔和下储水腔，所述上储水腔位于隔板上方，所述下储水腔位于隔板下方。

更优选的，所述1号管道、2号管道、3号管道及4号管道均设于主管内。

作为更进一步的改进，所述主管内设有一根三孔管；

所述三孔管中的两条管道分别对应为1号管道和2号管道，剩余一条管道内设有隔挡件，所述隔挡件将该管道分隔成上段和下段，所述上段对应为4号管道，所述下段对应为3号管道；

所述三孔管中对应为1号管道和2号管道的两条管道的上、下端头封闭，所述1号管道的上端口和下端口、2号管道的上端口和下端口、3号管道的上端口及4号管道的下端口通过在三孔管的管壁上径向开孔形成。

优选的，所述1号管道的上端口位于上喷水池的底部、下端口位于下储水腔的底部；

所述2号管道的上端口位于上储水腔的顶部、下端口位于下喷水池的顶部；

所述3号管道的上端口位于下储水腔的顶部、下端口位于下喷水池中；

所述4号管道的下端口位于上储水腔的底部、上端口位于上喷水池中。

进一步，所述3号管道的底端及4号管道的顶端安装有喷嘴，所述喷嘴的喷水孔内径小于3号管道及4号管道的内径。

其中，所述三孔管中对应为1号管道和2号管道的两条管道的上、下端头通过弹性胶塞/热熔胶封闭，所述隔挡件为弹性材料制成的圆柱形塞块。

优选的，所述上喷水池及下喷水池上均安装有便于将该沙漏式希罗喷泉循环演示仪竖立放置于桌面的支座。

优选的，所述主管、1号管道、2号管道、3号管道、4号管道、上喷水池及下喷水池全部采用透明材料制成。

本发明提供的沙漏式希罗喷泉循环演示仪的上下两端均设置有喷水池，实际使用时只需不断倒转演示仪即可实现循环喷水，在本发明中，喷水池采用密闭式结构可以避免水挥发以及喷泉水柱受外部气流影响的问题。尤为重要的是，整个演示仪主要由两个储水腔（上储水腔和下储水腔）、两个喷水池（上喷水池和下喷水池）及4条管道（1号管道、2号管道、3号管道和4号管道）组成，整体结构极为简单，制造难度低、成本低廉。

附图说明

图1为本发明中实施例1的整体结构示意图；

图2为本发明中实施例2的整体结构示意图；

图3为本发明除实施例1和2外的另一种实施方案的整体结构示意图；

图中：

1——主管 3——上喷水池 4——下喷水池5——隔板 6——喷嘴

7——支座8——三孔管 1a——上储水腔 1b——下储水腔 2a——1号管道

2b——2号管道 2c——3号管道 2d——4号管道 8a——隔挡件。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语 “上”、“下”、 “顶”、“底”、“内”、 “外”、“高于”、“低于”等指示的方位或位置关系均是基于附图所示的方位或位置关系。例如在某一部件中，本发明统一将其处于图中上方的一端称为“顶端”或“上端”，而处于图中下方的一端统一称为“底端”或“下端”，同样的，将处于图中上方的部分称为“顶部”，而处于图中下方的部分对应称为“底部”，这样表述仅是为了让本发明的描述更简单、方便，而不是指示或暗示所指部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，本领域技术人员应当明白，由于本发明为希罗喷泉循环演示仪，演示过程中要实现循环喷水，必须倒转演示仪（该演示仪的使用方法与沙漏类似，故称之为沙漏式希罗喷泉循环演示仪），演示仪倒转后，之前的“底端”、“底部”将会处于原先的“顶端”、“顶部”的上方，而之前的“顶端”、“顶部”将会相应地处于原先的“底端”、“底部”的下方，故上述描述方位的术语仅用于说明相应部件/部位在附图中的位置。

另外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定” 等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了便于本领域技术人员更深入地理解发明构思，下面结合2个实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1：

参见图1，一种沙漏式希罗喷泉循环演示仪，包括上储水腔1a、下储水腔1b、1号管道2a、2号管道2b、3号管道2c、4号管道2d、密闭式的上喷水池3和下喷水池4，上储水腔1a位于下储水腔1b上方，上喷水池3设于上储水腔1a上方，下喷水池4设于下储水腔1b下方，上储水腔1a/下储水腔1b/上喷水池3/下喷水池4开设注水口（注水口在图1中未示出，如果不预先在上储水腔1a/下储水腔1b/上喷水池3/下喷水池4中封装形成喷泉的液体，则必须开注水孔）或者其内部盛装有用于形成喷泉的液体；

1号管道2a将下储水腔1b与上喷水池3连通，2号管道2b将上储水腔1a与下喷水池4连通，3号管道2c将下储水腔1b与下喷水池4连通，4号管道2d将上储水腔1a与上喷水池3连通；

1号管道2a的下端口低于3号管道2c的上端口，1号管道2a的上端口低于4号管道2d的上端口，2号管道2b的上端口高于4号管道2d的下端口，2号管道2b的下端口高于3号管道2c的下端口。

在本实施例中，沙漏式希罗喷泉循环演示仪的工作过程为：如图1所示，上喷水池3中的水在重力作用下经1号管道2a往下流入下储水腔1b中，下储水腔1b中的空气经3号管道2c排入下喷水池4中，下喷水池4中的空气再经2号管道2b被压入上储水腔1a中，在空气压力作用下，上储水腔1a中的水被压入4号管道并从其上端口喷出，形成喷泉。在上述工作过程中，上喷水池3 中的水（包括从4号管道上端口喷出的水）不断流入下储水腔1b中，当喷水停止后，倒转整个演示仪，下喷水池4中的水会在重力作用下经2号管道2b往下流入上储水腔1a中，与前述上储水腔1a中的水被压入4号管道并从其上端口喷出形成喷泉的过程类似，下储水腔1b中的水最终被压入3号管道2c中并喷出，从而再次形成喷泉。

需要说明的是，虽然在图1中，该沙漏式希罗喷泉循环演示仪包括一根主管1，主管1内的隔板5将其内腔分隔形成位于隔板5上方的上储水腔1a和位于隔板5下方的下储水腔1b， 并且1号管道2a、2号管道2b、3号管道2c及4号管道2d均设于主管1内，但是本领域技术人员应当明白，除图1所示方案之外，本发明还存在其他替代方案，例如图3所示，采用两个彼此独立的水箱（上方水箱的内腔作为第一储水腔1a，下方水箱的内腔作为第二储水腔1b）同样可以实现发明目的。此外，将上述4根管道中的部分管道或者全部管道设置于主管1外部，将设于主管1外部的管道的端头与演示仪中对应的部分连接同样也是可行的。例如3号管道2c及4号管道2d设于主管1内，1号管道2a和2号管道2b设于主管1外部，将1号管道2a的上端口与上喷水池3连接、下端口与下储水腔1b连接，将2号管道2b的上端口与上储水腔1a连接、下端口与下喷水池4连接（附图中未示出）。

上述实施例中的沙漏式希罗喷泉循环演示仪的上下两端均设置有喷水池，实际使用时只需不断倒转演示仪即可实现循环喷水，在本发明中，喷水池采用密闭式结构可以避免水挥发以及喷泉水柱受外部气流影响的问题。更加重要的是，整个演示仪主要由两个储水腔（上储水腔1a和下储水腔1b）、两个喷水池（上喷水池3和下喷水池4）及4条管道（1号管道2a、2号管道2b、3号管道2c和4号管道2d）组成，整体结构极为简单，制造难度低、成本低廉。

实施例2：

本实施例为在图1所示实施例基础上作出的改进方案，如图2所示，在本实施例中，主管1内设有一根三孔管8；

三孔管8中的两条管道分别对应为1号管道2a和2号管道2b，剩余一条管道内设有隔挡件8a，上述隔挡件8a将该管道分隔成上段和下段，上段对应为4号管道2d，下段对应为3号管道2c；

上述三孔管8中对应为1号管道2a和2号管道2b的两条管道的上、下端头封闭，1号管道2a的上端口和下端口、2号管道2b的上端口和下端口、3号管道2c的上端口及4号管道2d的下端口通过在三孔管8的管壁上径向开孔形成。

优选的，上述三孔管8中对应为1号管道2a和2号管道2b的两条管道的上、下端头通过弹性胶塞/热熔胶封闭，上述隔挡件8a为弹性材料制成的圆柱形塞块。

在图1和3所示实施方案中，该演示仪包括4条管道，制造过程中至少需要在隔板5、上喷水池3、下喷水池4上开设5个孔（图3所示实施方案至少需要开设6个孔）来安装上述4条管道，本实施例通过将上述4条管道集成为一根三孔管8，使得原本需要在隔板5、上喷水池3、下喷水池4上开设的孔数由5个减少为3个，如此设计可以降低下上喷水池3、上储水腔1a、下储水腔1b及下喷水池4之间漏气的可能性，有利于提高整个装置的气密效果（因为图1所示方案至少需要对5个孔位进行密封，图3所示方案需要密封的孔位为6个，而本实施例的方案只需要对3个孔位进行密封，在密封工艺相同的情况下，理论上后者漏气的可能性要小得多），另外，将4条管道集成到一根管中还有利于减少演示仪生产过程中的装配工作量，能够在一定程度上提高装配工作效率，降低装配过程的人工成本。

进一步，在图1、2、3所示的实施方案中， 1号管道2a的上端口位于上喷水池3的底部、下端口位于下储水腔1b的底部；2号管道2b的上端口位于上储水腔1a的顶部、下端口位于下喷水池4的顶部；3号管道2c的上端口位于下储水腔1b的顶部、下端口位于下喷水池4中；4号管道2d的下端口位于上储水腔1a的底部、上端口位于上喷水池3中。

在该方案中，各管道的端口间存在较大的高度差，如此设计有利于提高演示仪喷出的水柱高度及其演示过程中的运行稳定性，从而使得演示效果更具观赏性。

更进一步，在图1-3所示实施方案中，还可以在3号管道2c的底端及4号管道2d的顶端安装喷嘴6（该喷嘴6在图1和3中未示出），喷嘴6的喷水孔内径小于3号管道2c及4号管道2d的内径。在3号管道2c的底端及4号管道2d的顶端加装喷嘴6可以让喷出的水柱更细、更高，使得喷泉的观赏性更佳。

作为在图1-3所示实施方案基础上的优选方案，还可以在上喷水池3及下喷水池4上安装便于将该演示仪竖立放置于桌面的支座7。

最后，在本申请所有的实施方案中，优选的，主管1、1号管道2a、2号管道2b、3号管道2c、4号管道2d、上喷水池3及下喷水池4全部采用透明材料制成。上述部件全部采用透明材料制成可以让喷泉的整个运行过程更加直观可见，进一步提高了喷泉演示的趣味性和观赏性，更好地保障了课堂教学效果。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。

Claims (8)

1.沙漏式希罗喷泉循环演示仪，包括上储水腔(1a)、下储水腔(1b)、1号管道(2a)、2号管道(2b)、3号管道(2c)及4号管道(2d)，所述上储水腔(1a)位于下储水腔(1b)上方，其特征在于：还包括密闭式的上喷水池(3)和下喷水池(4)，所述上喷水池(3)设于上储水腔(1a)上方，所述下喷水池(4)设于下储水腔(1b)下方，所述上储水腔(1a)/下储水腔(1b)/上喷水池(3)/下喷水池(4)开设注水口或者其内部盛装有用于形成喷泉的液体；

所述1号管道(2a)将下储水腔(1b)与上喷水池(3)连通，所述2号管道(2b)将上储水腔(1a)与下喷水池(4)连通，所述3号管道(2c)将下储水腔(1b)与下喷水池(4)连通，所述4号管道(2d)将上储水腔(1a)与上喷水池(3)连通；

所述1号管道(2a)的下端口低于3号管道(2c)的上端口，所述1号管道(2a)的上端口低于4号管道(2d)的上端口，所述2号管道(2b)的上端口高于4号管道(2d)的下端口，所述2号管道(2b)的下端口高于3号管道(2c)的下端口。

2.根据权利要求1所述的沙漏式希罗喷泉循环演示仪，其特征在于：该沙漏式希罗喷泉循环演示仪包括一根主管(1)，所述主管(1)内设有隔板(5)，所述隔板(5)将主管(1)的内腔分隔形成所述上储水腔(1a)和下储水腔(1b)，所述上储水腔(1a)位于隔板(5)上方，所述下储水腔(1b)位于隔板(5)下方。

3.根据权利要求2所述的沙漏式希罗喷泉循环演示仪，其特征在于：所述1号管道(2a)、2号管道(2b)、3号管道(2c)及4号管道(2d)均设于主管(1)内。

4.根据权利要求3所述的沙漏式希罗喷泉循环演示仪，其特征在于：所述主管(1)内设有一根三孔管(8)；

所述三孔管(8)中的两条管道分别对应为1号管道(2a)和2号管道(2b)，剩余一条管道内设有隔挡件，所述隔挡件(8a)将该管道分隔成上段和下段，所述上段对应为4号管道(2d)，所述下段对应为3号管道(2c)；

所述三孔管(8)中对应为1号管道(2a)和2号管道(2b)的两条管道的上、下端头封闭，所述1号管道(2a)的上端口和下端口、2号管道(2b)的上端口和下端口、3号管道(2c)的上端口及4号管道(2d)的下端口通过在三孔管(8)的管壁上径向开孔形成。

5.根据权利要求3或4所述的沙漏式希罗喷泉循环演示仪，其特征在于：

所述1号管道(2a)的上端口位于上喷水池(3)的底部、下端口位于下储水腔(1b)的底部；

所述2号管道(2b)的上端口位于上储水腔(1a)的顶部、下端口位于下喷水池(4)的顶部；

所述3号管道(2c)的上端口位于下储水腔(1b)的顶部、下端口位于下喷水池(4)中；

所述4号管道(2d)的下端口位于上储水腔(1a)的底部、上端口位于上喷水池(3)中。

6.根据权利要求5所述的沙漏式希罗喷泉循环演示仪，其特征在于：所述3号管道(2c)的底端及4号管道(2d)的顶端安装有喷嘴(6)，所述喷嘴(6)的喷水孔内径小于3号管道(2c)及4号管道(2d)的内径。

7.根据权利要求4所述的沙漏式希罗喷泉循环演示仪，其特征在于：所述三孔管(8)中对应为1号管道(2a)和2号管道(2b)的两条管道的上、下端头通过弹性胶塞/热熔胶封闭，所述隔挡件(8a)为弹性材料制成的圆柱形塞块。

8.根据权利要求2-4中任意一项所述的沙漏式希罗喷泉循环演示仪，其特征在于：所述主管(1)、1号管道(2a)、2号管道(2b)、3号管道(2c)、4号管道(2d)、上喷水池(3)及下喷水池(4)全部采用透明材料制成。