探索300年历史的消防方法背后的物理原理
如今，水压技术无处不在，任何淋浴、浇灌花园或灭火的人都可以从利用水压技术而设计的技术中受益。然而，在 17 世纪和 18 世纪，不受压力下降影响的稳定水流是一项重大突破。
1666 年，当水桶旅是最好的防线时，伦敦大火几乎烧毁了这座城市所有密集的木结构建筑。这场灾难摧毁了数十万所房屋和数十座教堂，表明需要更好的消防方法和设备。
一项具有里程碑意义的进步是“吸虫”的发明，即连接到手动泵上的皮革软管。然后是 Windkessel，这是一辆木制马车底部的一个房间，它压缩空气通过软管不断泵水，形成稳定的水流。
受到 1725 年消防车的启发，该消防车以比以前更大的距离和更高的速度抽水，在 AIP 出版社出版的《美国物理学杂志》上发表文章的作者分析了压力室的 Windkessel 效应，以捕捉这种广泛使用、持久技术背后的物理原理。
“在几个世纪前写的书籍和论文中，隐藏着许多令人着迷的物理问题!” 作家特雷弗·利普斯科姆说。“最近，我们一直致力于将基本流体力学应用于生物系统，并在医学期刊中发现了一个常见的描述：心脏的作用就像一个 Windkessel。这就引出了一个问题：Windkessel 到底是什么?沿着线索，我们发现了 Lofting 的‘吸虫’装置的描述，以及 Newsham 消防车中的救生应用程序。”
为了查明哪些因素对 Windkessel 效应影响最大，作者比较了腔室的初始状态、水桶组倒入水的速率(体积流入)、压力建立的时间长度以及对输出流量的影响速度。
“当面对 Lofting 的设计或 Newsham 消防车时，物理学家想要理清所涉及的基础科学——仅仅因为它就在那里，”利普斯科姆说。“这是研究物理的乐趣。而且，还有教学方面的问题。我们的文章构建了一个简单的模型，展示了 Newsham 消防车的工作原理。我们部分地回答了“我什么时候会使用这个东西?” 问题。”
接下来，作者计划检查参与心脏主动脉系统的生理 Windkessel。
“伯努利定律、理想气体定律和等温膨胀的知识是我们在模型中融入的三个要素，以探索该设备的工作原理，”利普斯科姆说。“但如果我们更好地了解这个系统，我们就可以查看重要的参数，看看改变它们如何改进设备。”
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