น้ำพุเฮรอน

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
น้ำพุเฮรอน

น้ำพุเฮรอน (อังกฤษ: Heron's fountain) เป็นเครื่องกลไฮดรอลิกคิดค้นโดยเฮโรแห่งอเล็กซานเดรีย (Hero of Alexandria) ผู้เป็นนักประดิษฐ์ นักคณิตศาสตร์และนักฟิสิกส์ชาวอียิปต์โบราณในศตวรรษที่ 1

เฮรอนได้ศึกษาเรื่องความดันอากาศและไอน้ำ อธิบายถึงเครื่องจักรไอน้ำเป็นครั้งแรก และประดิษฐ์ของเล่นที่สามารถพ่นน้ำได้หลายชิ้น หนึ่งในนั้นรู้จักกันในชื่อ น้ำพุของเฮรอน ในปัจจุบันรูปแบบต่าง ๆ ของน้ำพุเฮรอนถูกนำมาใช้เป็นอุปกรณ์สาธิตหลักการของไฮดรอลิค (hydraulics) และนิวเมติก (pneumatics) ในชั้นเรียนวิชาฟิสิกส์

การสร้าง[แก้]

น้ำพุเฮรอน สร้างขึ้นได้ดังต่อไปนี้:

  • เริ่มต้นมีชามอ่างใส่น้ำ, ขวดแก้วหรือกระป๋องใช้เป็นภาชนะสำหรับอัดลมที่มีฝาปิด แล้วทำการต่อท่อจากรูที่ด้านล่างของอ่างเพื่ออัดลมเข้าสู่ภาชนะจ่ายลม ภาชนะจ่ายลมตั้งอยู่อย่างมีนัยสำคัญที่ด้านล่างของอ่าง
  • ทำการต่อท่ออื่นจากด้านบนของภาชนะจ่ายลมนั้นขึ้นไปด้านบนของภาชนะแหล่งจ่ายน้ำพุอัดลมซึ่งเต็มไปด้วยน้ำ
  • จากภาชนะแหล่งจ่ายน้ำพุ, มีท่อที่ยาวมาเกือบถึงด้านล่างของภาชนะบรรจุ, ผ่านด้านบนขึ้นไปสู่พวยของน้ำพุ แล้วปรับแต่งให้พวยของน้ำพุหันพุ่งตรงมาผ่านศูนย์กลางของอ่าง, ตราบเท่าที่ภาชนะจ่ายลมอยู่ต่ำกว่าภาชนะแหล่งจ่ายน้ำพุอัดลม
  • เติมน้ำลงในอ่าง
  • น้ำจากอ่างจะไหลโดยแรงโน้มถ่วงลงไปในภาชนะจ่ายลม มันจะเติมภาชนะด้วยการแทนที่อากาศ
  • อากาศจะไหลเข้าสู่ภาชนะแหล่งจ่ายน้ำพุ เข้าแทนที่น้ำ ซึ่งจะถูกยิงออกมาเป็นน้ำพุสูงกว่าตัวอ่างเดิม
  • การไหลจะหยุดลงก็ต่อเมื่อภาชนะแหล่งจ่ายน้ำนั้นว่างเปล่า (กล่าวคือเมื่อระดับน้ำลดลงต่ำกว่าปลายล่างของท่อส่งน้ำพุ)

กลไกของน้ำพุเฮรอน[แก้]

Heron's fountain.png

น้ำพุเฮรอน ไม่ได้เป็นเครื่องจักรนิรันดร์ [1] ถ้าหัวฉีดของพวยแคบ น้ำพุอาจจะพุ่งออกมาเป็นเวลาหลายนาที แต่ในที่สุดก็มาหยุดลง น้ำที่ออกมาจากท่ออาจจะไปได้สูงกว่าระดับในภาชนะบรรจุใด ๆ แต่การไหลสุทธิของน้ำลดลง แต่ถ้าทำให้ปริมาตรของภาชนะของแหล่งจ่ายลมและแหล่งจ่ายน้ำพุ ให้มีขนาดใหญ่กว่าปริมาตรของอ่าง ที่มีอัตราการไหลของน้ำจากหัวฉีดของพวยน้ำพุอย่างต่อเนื่อง น้ำพุจะสามารถทำงานได้สำหรับช่วงเวลาที่ยาวนานมากขึ้น

กลไกของมันอาจดูเหมือนขัดแย้งกันน้อยกว่าถ้าพิจารณาว่าเป็นกาลักน้ำ (siphon), แต่ด้วยโค้งด้านบนของท่อที่ถูกเอาออกและความดันอากาศระหว่างสองภาชนะบรรจุที่ต่ำกว่าการให้ความดันที่เป็นบวกที่จะยกน้ำให้เหนือกว่าโค้ง อุปกรณ์นี้เป็นที่รู้จักกันคือกาลักน้ำเฮรอน (Heron's siphon)

พลังงานศักย์โน้มถ่วงของน้ำซึ่งไหลลงมาเป็นทางยาวจากอ่างลงสู่ภาชนะที่ต่ำกว่าจะถูกถ่ายโอนโดยท่อแรงดันลม (เฉพาะอากาศจะถูกเคลื่อนย้ายขึ้นไปในขั้นตอนนี้) ที่จะผลักดันน้ำจากภาชนะที่บรรจุน้ำที่อยู่ส่วนบนให้เป็นพวยน้ำพุระยะทางสั้น ๆเหนืออ่าง

น้ำพุจะสามารถพุ่ง (เกือบ) เป็นลำสูงเหนือภาชนะด้านบนเป็นน้ำตกและจะไหลผ่านท่อลงมาจากอ่างลงสู่ภาชนะสำหรับจ่ายลมที่อยู่ต่ำกว่าได้นั้น เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด, ให้วางภาชนะบรรจุน้ำให้อยู่ชิดข้างใต้อ่างที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้และวางภาชนะจ่ายลมให้อยู่ต่ำกว่าลงไปเป็นทางยาวอยู่เบื้องล่างของภาชนะทั้งสองให้มากที่สุด

ทันทีที่ระดับน้ำในภาชนะบรรจุแหล่งจ่ายน้ำพุด้านบนได้ลดต่ำลงจนท่อส่งน้ำพุไม่สามารถสัมผัสกับระดับพื้นผิวของน้ำได้, น้ำพุก็จะหยุดลง เพื่อที่จะทำให้น้ำพุเกิดขึ้นอีก, ภาชนะจ่ายลมจะต้องทำให้ปราศจากน้ำก่อน และภาชนะบรรจุแหล่งจ่ายน้ำพุกับอ่างใส่น้ำจะต้องถูกเติมน้ำให้เต็มอีกครั้ง การขับดันน้ำให้เคลื่อนที่ไปนั้นจะทำให้ได้พลังงานที่ต้องการออกมา

ปรากฏการณ์ทางธรณีวิทยา[แก้]

เป็นไปได้ว่าไกเซอร์ (ธรณีวิทยา)จะทำงานผ่านกลไกแบบนี้, แต่มีความแตกต่างตรงที่การพุ่งขึ้นของน้ำที่พื้นผิวนั้นจะเกิดขึ้นแบบไม่ต่อเนื่อง

หมายเหตุ[แก้]

  1. Hero's Fountain, physics.kenyon.edu

ดูเพิ่ม[แก้]

อ้างอิง[แก้]

  • Brown, Henry T.; "507 Mechanical Movements, Mechanisms and Devices", p. 111; 19th edition 1901.
  • Hiscox, Gardner D.; "1800 Mechanical Movements, Devices and Appliances", p. 162; 16th edition published 1926 under the name "Mechanical Movements, Power and Devices".