要想对虹吸管进行压强计算，首先要弄清楚虹吸原理。但是目前我们能看到的对虹吸原理解释的说法可谓五花八门，如果对原理不能合理解释就谈不上压强计算。

其中有一种似乎是标准答案的是“液片说”，就是先计算出虹吸管对于同一顶端取出的液片两侧的压强，取其压强差，继而认为这就是推动液体流动的原因。然而这个方法有一个明显的问题，就是它违反流体静力学中等高的同一个液面只能有一个压强值的等压面原则。所以这个方法不适合用于虹吸管原理的压强计算。

还有一个较普遍的说法是大气压把吸水端的水压向上方再越过水面下降。还有说虹吸管两端管口承受不同的大气压强，水会有压强大的一方流向较小的一方。还有说是大气压和重力共同作用，等等。

以上几个说法都回避了一个基本事实，就是虹吸管的两个管口都承受相等的大气压。就算两个端口压强不同，也是出口压强大，那么水应该倒流才合乎逻辑。所以几种说法都禁不住追问，无法合理解释。

虹吸原理看似简单，其实涉及多方面知识，深入探讨会发现许多问题，须要逐一解决。

本人认为，虹吸现象是虹吸管中的液体经过一个由静态向动态变化的物理过程，期间瞬时的压强的变化在两端液/气面上出现压强差，其综合作用引起液体流动。压强差产生的根本原因是两端液体的高度差，通过液体分子间的粘聚力形成的整体发生流动。

这样的解释脱离了大气压的作用，因为大气压仅仅把其压强叠加在虹吸管的本身的液体压强之中，真实作用在两端是抵消的，没有起到推动液体流动的作用。用两端高度差的说法可以解释虹吸管中混入少量气体虹吸可以继续发生的奇特现象的原因。

利用离子液体进行的真空下的虹吸实验为我们提供了思路，高度差产生虹吸可以不需要大气压。

这样虹吸原理的解释就比较清晰了。

还有一个理由，根据流体力学的有关论述，我们可以用流体静力学的规则计算瞬态微小流动的虹吸管中的压强变化规律，不必用复杂的流体动力学解决。

计算前还必须弄清虹吸管最高点压强值由什么条件决定，是进水端高度决定还是出水端高度决定，由静态向动态过渡压强是怎样变化的，两个开口端液面处的压强差是怎样形成的。

讨论虹吸现象的发生原理，就是讨论虹吸是怎样发生的，言外之意就是要讨论虹吸是怎样从静止状态发展到动态，是研究动态的发展过程，不是研究已经发生了虹吸和正在流动着的虹吸管内的液体的状态。

因此我们关注的重点是虹吸发生的物理过程，从静止到发生的微小瞬间的过程。

本人认为，虹吸现象发生一般是堵住其中一端端口然后放开而引发液体流动的，计算静态压强变化过程，不是直接研究流动中的液体。

引发虹吸的物理模式还有两种，这里不细说。

引发虹吸的两种典型模式与压强简化计算如下图：

仅画出两种做分析。

如果我们承认虹吸发生可以由四种模式引发，那么引发前的静态状态就会出现不一致的奇怪现象，这是我们无法理解也是矛盾的，直觉也会告诉我们，一定有一个压强转变过程使它们变为一致，这样分析更合理。

这样分析之后我们会发现一个新的确切的规则，那就是;

虹吸发生的瞬间顶部最高处压强仅由进水端高度决定，与出水端高度无关。

证明过程略。

具体计算如下，以图中数据为例;

设Po=100 h1=20 h2=80 Pn 为顶部内压

第一种模式;

堵住B口。

Pn=100-20=80

PA=100

PB=80+80=160

然后松开B口

这时，A口液/气压强为100/100 B口液/气压强为160/100

综合两端压强，有B口的液/气面压强差

160-100=60

这个60的压强差使液体移动，方向向下。

液体粘聚力使液体整体移动。

第二种模式;

堵住A口

Pn=100-80=20

PA=20+20=40

PB=20+80=100

松开A口

A口液/气面变为 40/100

B口不变，还是100/100

这时，本人认为，A口大气压强大于液面压强，会使液体内压升高，数值为100-40=60

瞬时内压增加60 ，同时Pn=20+60=80

然后，PA=40+60=100 PB=80+80=160

结果与第一种模式相同。

同样的方法可以使第三种，第四种模式都得出相同结果，顶部最高处负压值都是80.

四种模式其中三种经历压强变化，归为一致。

下面计算当大气压压强值发生变化时的虹吸管内压强的变化规律：

设Po=90 降低了10

这时仍以第一种模式为例：

这时， 堵住B口。

Pn=90-20=70

PA=90

PB=70+80=150

然后松开B口

这时，A口液/气压强为90/90 B口液/气压强为150/90

综合两端压强，有B口的液/气面压强差

150-90=60

这个60的压强差使液体移动，方向向下。

液体粘聚力使液体整体移动。

可见改变大气压没有改变原来的压强差，虹吸不受大气压的变化影响。

同样方法，可以计算真空下的压强：

设P0=0

这时不必堵口了。

PA=0

Pn=0-20=-20

PB=-20+80=60

压强差还是60 ，与大气压为100时相同。

有趣的是，Pn=0-20=-20 表明的物理解释是顶部出现“负压强”，它小于零，分子间距更小了，但是粘聚力使虹吸继续发生。

如果h1=h2=20 则Pn=-20 PA=PB=0

两端平衡。

以上计算可以合理解释虹吸管内的压强和变化规律。

仅供参考。

知乎 雾里看花

2022年3月