姚睿

研究背景

希罗喷泉是古代欧洲科学家希罗发明的。它的结构巧妙，趣味十足。希罗喷泉的工作原理是在密封的容器里，利用水流位置落差下行到容器底部，水体对底部容器内的空气进行挤压形成压缩空气，压缩空气再将储水器里的水体挤压喷向高处形成喷泉，这种“自压自喷”喷泉现象给人一种神秘悦目的感觉。

平常我们能见到或动手仿制成的多数是单体希罗喷泉，尤其是以塑料瓶做成的柱状希罗喷泉居多（如图1所示）。

可是，你们发现了没有？单体希罗喷泉工作结束后，需要将模型进行翻转，利用大气压和水体自身重力实现水体高低位置换，这样需要一定时间才能启动下一轮的喷水，这会让心急的小伙伴们等得不耐烦，希罗喷泉的趣味性因此而大打折扣。

不但如此，该类希罗喷泉的内部气压稳定性较差，刚开始喷水时，水柱扬程高度还是很高的，可没过多久，水柱高度就慢慢地变矮变短了。是什么原因造成这样的现象呢？

原来喷泉水柱的扬程高度跟其内部气压强度有关。刚开始流水注入时水位落差最大，水压最大，此时气压最大，水柱也最高；待到底部容器水位上升，其水位落差就缩短，水压就会减弱，容器内的气压也跟着减弱，从而影响到水柱喷射高度（如图2所示）。

为了解决换水不便和气压强度不稳等问题，有人改造出了分体式希罗喷泉（见图3）。

然而，目前可以在网上查找到的分体式希罗喷泉仍然存在着不尽人意的地方：首先是为了调节水位高度落差而需做成管道外置，这就使得分体式希罗喷泉结构过于松散；……