2013年2月28日

生活科學-壓力-水自天上來?


雨水落下時,會滲入地表的透水層中,直到被顆粒細緻的不透水層擋住為止,所以地下水的補充大部分都是由降水而來。而傳統在使用地下水的方法,除了自流井就得靠鑿井一途了。台灣的高鐵在雲林段有地層下陷的危機,所以有限制農民不可開挖私井,最近還難得在新聞畫面中看到專門幫農民鑿井的行業及工具,裡面也跟螺旋泵有關。

而帶著學生到木柵動物園放風後,其實自己都會逛到可愛動物區,也對這口井很熟悉,因為只要一看到它就會想到七夜怪談裡面的貞子或是投井殞命的珍妃,但因為這裡暨不是日本也不是中國大陸,所以應該不會有東西爬出來吧。
井水中的水面其實跟地下水面有關,雨量豐沛時會讓井水面上升
不過旁邊缺乏轆轤等取水工具,所以是個只進不出的儲水區

在另一區的地面上也有稱為「雨撲滿」的儲水區,上面雖然沒有開口,但雨水會經由旁邊的進水孔滲入到地底下。雨撲滿上面還立了兩支「雨水幫浦」,除了讓操作者省力的長槓桿,幫浦還有大大的玄機呢!記得以前小時候的同學家就有一支立在門外,上上下下壓幾下就有地下水跑出來,使用起來算是蠻方便的汲水工具。
動物園區內的必經之地,常常會有小朋友在這裡玩
流出來的水不會留在地面,而是會從環繞在周圍的低窪水孔流回去

操作的方式算蠻簡單的,只要把長桿上上下下移動就好了,不過裡面的原理卻是不簡單。操作長桿連結的是一組槓桿裝置,暴露在外所以顯而易見,但連結內外並且上上下下移動的垂直連桿才是將裡面的活塞連結驅動的關鍵。

在立於地面上的泵缸中,除了開口外,其實裡面藏有兩個閥門,其中一個與活塞連結,稱為汲子閥,另外一個是讓地下水進入的,叫做進口閥,兩者皆為單向閥。當長桿上提使活塞下降,此時汲子閥會向上打開,而進口閥關閉,泵缸內的空氣會在此時排出。
像這個樣子的閒置狀態,也就是啟動時的初始狀態
活塞上升至最頂端的時候,其實改變的是活塞下的空間,也改變了裡面的壓力

而長桿接著下壓使活塞上升,活塞上的汲子閥此時會關閉形成密閉空間,因為壓力上的差異使得進口閥打開而讓地下水進入泵缸中。不過緊接著還要有一個長桿上提的動作,使得汲子閥向上打開,泵缸內的水也會在流動至活塞上方。這一開始的啟動程序,屬於四行程循環。
最後長桿下壓,使得在活塞上的水體被推出,這個過程又稱為出水。不過只要開始出水,少了把泵缸內空氣排出的程序,就會成為二行程循環,因此水就會看似源源不絕地從出口噴濺出來。這樣子的設計,提供了早期農業社區很大的便利性,有機會看到時可以體驗一下,但千萬不要浪費得之不易的珍貴水資源。

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