首页 -> 2007年第12期

灌溉喷水器是利用了反冲原理吗

作者：宋艳芝

　　全日制普通高级中学教科书（试验修订本.必修）.《物理》第一册.人民教育出版社物理室编（2000年版）第129页在介绍反冲运动的应用时，讲到了灌溉用自动喷水器的原理，课本写到“图7——23是灌溉喷水器，当水从弯管的喷嘴喷出时，弯管因反冲而旋转，可以自动地改变喷水的方向。”装置（如图1所示）很简单，道理表述的也很清楚。然而笔者在上、下班的途中见到了许多正在田间工作的灌溉喷水器，其构造与书中附图完全不同，其工作原理也并非应用反冲运动改变喷水方向。
　　
　　笔者看到的喷水器构造如图2所示。通过对灌溉喷水器不断观察和研究发现，原来喷水方向的改变是靠一个来回摆动的机械臂不断打击喷水管上的挡板来实现的。该喷水器设计得非常巧妙，充分利用了物理学中的力学知识。喷水器上都有两个喷嘴，与水平面成不同的倾斜角，其中上面喷嘴与水平面成45°角左右。由斜抛知识可知，由该喷嘴射出的水柱射程较远，负责浇灌离喷管较远处的田地。下面喷嘴与水平面成30°角左右，由此喷嘴射出的水柱射程较近，负责浇灌喷管近处的田地。而水柱的自动旋转功能则利用了弹簧的扭转力矩及物体间相互作用的有机结合来实现。当刚打开水管阀门时，两水流同时从两喷嘴喷出，其中与水平面成45°角左右的喷管的水流负责冲击“摆臂”臂头的侧面（如图3所示），使摆臂首先偏转一个角度，这样与摆臂相连的螺旋弹簧也随其扭转，从而产生扭转力矩，弹簧的扭转力矩（弹力）使摆臂快速向水柱一侧摆回，猛力打击喷水管上的挡板，同时与水柱相撞，使得带有两喷嘴的喷管绕其转轴向被打击方向旋转一个小角度；同时带弹簧的“摆臂”也会受到水柱的反作用，而被弹离水柱，“摆臂”又在弹簧弹力作用下摆回，再次打击挡板和水柱，使喷管旋转……如此循环往复，“摆臂”不断地打击，喷管缓缓地旋转，使得以喷管下面的竖管为圆心，远程水柱射程为半径的圆形区域内的田地得到反复喷灌，等到田地浇透的时候则可关闭喷管阀门。
　　
　　笔者也曾思考，课本上所述灌溉喷水器也许是旧式的喷水器？但若根据图1所示装置不难想象其工作效果，由于水从两个弯管的喷嘴中喷出，虽然能引起喷管的自动旋转，但该喷水管所浇灌的田地只能是以喷管的立管为圆心，以喷管水平直管的一半为半径的圆环内的土地面积，而喷管近前及远离喷管处均难以灌溉。因此，笔者认为书中所画装置并非真实而实用的喷水器，只是想象中的喷水器。当然，这只是我们非常武断的一种推测，不知正确与否，敬请广大同行讨论和考证。若现实中从未有过如图1所示喷水器，建议课本再版时删除相关内容，避免产生不良影响。
　　
　　（责任编辑孙晓雯）