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你可能在睡不著的午夜，聽到樓上奇怪的彈珠聲，或許也在恐怖小說里看到這種情節(jié)。 這種彈珠聲，是睡不著的人的想象，還是真實存在的現(xiàn)象呢？ 今天，我們通過一個小實驗來告訴你，這種彈珠聲的一大可能來源。 關(guān)鍵概念 水錘 材料和操作 這個實驗很簡單，如果你家有軟水管，可以把軟水管接到水龍頭上。打開水龍頭一段時間，然后迅速關(guān)上水龍頭，觀察水管的變化。 如果你的聽力比較好，可以用廁所的馬桶試一試。沖一下馬桶，然后安靜地聽，馬桶水槽的水接滿之后的幾下咕隆隆，咚咚咚，鏘鏘鏘，咚鏘咚咚鏘的聲音。 聽一下下面這戶水管老化的人家每次沖完馬桶就會出現(xiàn)的恐怖彈珠聲。住在這樣的房子里可能會被半夜嚇醒吧。 如果你家既沒有沖水馬桶，也沒有水管子，那你就在你媽媽用洗衣機洗衣服的時候站在邊上看好了。 洗衣機注滿水之后，入水管關(guān)閉，入水管也會抖兩下。如果你家的管道夠糟糕，你也可以聽到類似彈珠，或者錘子捶墻的聲音。 原理 好吧，似乎彈珠聲找到了可能的來源。但是，為什么水管會發(fā)出彈珠聲呢？ 大多數(shù)液體都是不能壓縮的，也就是說不管你怎么壓它，它的體積不會有太大的變化，和容易壓縮的空氣很不一樣。 許多工具，利用的就是液體的不可壓縮性，比如控制挖掘機機械臂運動的液壓缸。 挖掘機的“關(guān)節(jié)”就是液壓缸操控的 但是，液體的不可壓縮性，對于管道系統(tǒng)來說卻是一種致命武器。 這，就是水錘作用（water hammer）的原理。 水在管道里流動時，具有相當?shù)膭恿?。如果突然讓水流停止，比如把龍頭關(guān)上，猜猜會發(fā)生什么事？ 因為水不能被壓縮，彈性較差，它的動量會被轉(zhuǎn)化為巨大的液壓，就像一股沖擊波，而這股沖擊波會沿著管道傳播。 當你把龍頭開到最大，然后突然關(guān)上的時候，聽到的那種痛痛痛的類似樓上小孩玩彈珠聲音，就是水錘作用的實例，這也是這個名字的來源。 有時，你甚至可以親眼觀察到水錘作用?？匆幌履慵蚁匆聶C后面的管子在運行的時候是不是會抖幾下。洗碗機、馬桶使用時，有時也會聽到水錘的聲音。 突然關(guān)閉閥門時水錘作用導(dǎo)致的管道抖動 在水錘的長期作用下，水管可能會破裂滲水，家用電器也可能會因此損壞。公元前1世紀的時候，古羅馬作家、建筑師維特魯威（Marcus Vitruvius Pollio）就描述了羅馬公共供水系統(tǒng)的鉛管和石頭管道連接處因為受到水錘作用而噴水的現(xiàn)象。 如果是大型的水管，里面流動的水流的動量更大，產(chǎn)生的水錘作用更強，造成的破壞力就更可觀了。 一根直徑為1米，總長為100千米的管道里的水的質(zhì)量為8千萬千克，相當于10輛火車。如果你突然把這個管子的開關(guān)關(guān)上，10輛火車造成的水錘作用可能會讓管道立刻變形破裂。當然，家里的水管子也經(jīng)不起水錘的折騰。 那么，工程師們怎么解決水錘作用的問題呢？ 最有效的方法，就是降低水的流速。工程師還會制定管道操作規(guī)范，要求操作員不能過快地關(guān)掉閥門。 對于大型管道來說，使用飛輪（flywheel）也可以讓斷流的過程發(fā)生得緩慢些。在水力發(fā)電輸水管道上常設(shè)有平壓塔、液壓蓄能器等抗水錘設(shè)備。 平壓塔 如果是你家的水錘比較厲害，那么改造管道，或者在閥門附近增加抗水錘氣壓罐等設(shè)備都能減少關(guān)水時的沖擊。 抗水錘氣壓罐 不過，造成水錘作用的除了上面講到的液壓沖擊（hydraulic shock），還有熱沖擊（thermal shock）和差速沖擊（differential shock）。 在雙相系統(tǒng)（同時有水有氣的管道）里，蒸汽的突然凝結(jié)也會造成水錘。 差速沖擊則是在氣體和液體的流速不一樣的雙相系統(tǒng)里產(chǎn)生的。一些人家的水管里堵住了一段空氣，使用時也會出現(xiàn)詭異的水錘聲，這就是差速沖擊造成的。 所以呢，如果半夜聽到彈珠聲，是時候讓鄰居裝一個抗水錘氣壓罐了。因為突然停止尿尿而全身水錘冷戰(zhàn)的你這樣想著。（大霧）
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