사이펀 작용의 순서와 여러 가설들
사이펀은 표면 장력이 액체의 흐름을 밀폐된 공기가 채워진 챔버 내부의 별도의 힘으로 끌어당겨 내려가는 액체가 액체와 접촉하지 않도록 하여 액체 인장 강도가 액체를 끌어올리는 것을 방지하는 것을 의미합니다. 또한 입구에서의 대기압의 영향이 출구에서의 동일한 대기압에 의해 취소되지 않는다는 것을 보여주는 원리와도 동일합니다. 사이펀은 고대 그리스어로 파이프 혹은 튜브라고도 합니다. 튜브를 통한 액체의 흐름을 수반하는 다양한 장치 중 하나이기 때문에 그 의미에도 동일합니다. 더 좁은 의미에서 이 단어는 특히 역 "U"자 모양의 튜브를 가리키는데, 이것은 액체가 펌프가 없는 저수지 표면 위로 위로 흐르게도 하지만 중력의 당김을 통해 튜브를 흘러내릴 때 액체가 떨어지는 것에 의한 동력을 공급한 다음, 액체가 나온 저수지 표면보다 낮은 수준으로 배출이 되는 원리입니다. 사이펀이 어떻게 액체를 중력에 반하여 펌프질하지 않고 상승하게 하고 중력에 의해서만 동력을 얻는지에 대한 두 가지 주요 이론이 있습니다. 수세기 동안의 전통적인 이론은 중력이 사이펀의 출구 쪽에서 액체를 끌어내리는 것을 사이펀의 꼭대기에서 압력을 감소시켰다는 주장입니다. 그리고 대기압은 상층 저장소에서 액체를 밀어올려 기압계나 빨대를 마시는 것처럼 사이펀 꼭대기의 감압 압력으로 끌어올렸다가 다시 넘어갈 수도 있습니다. 그러나 사이펀은 진공에서 작동할 수 있고 액체의 기압 높이를 초과하는 높이로 작동할 수도 있다는 것이 입증되었습니다. 결과적으로, 사이펀 작동의 응집 장력이론이 주장되어 왔으며, 액체가 체인 모델과 유사한 방식으로 사이펀 위로 당겨집니다. 한 이론이나 다른 이론이 옳을 필요는 없지만 오히려 두 이론 모두 주변 압력의 다른 상황에서 명확할 수 있습니다. 중력 이론이 있는 대기압은 분명히 대기압이 큰 진공 상태에서 사이펀을 설명할 수 없습니다. 그러나 중력 이론과의 응집 장력은 기포에도 불구하고 작동하는 CO2 가스 사이펀과 가스가 상당한 당김력을 발휘하지 않고 접촉하지 않는 액체가 응집 장력을 발휘할 수 없는 상황에서는 사이펀을 설명할 수 없습니다. 현대에 발표된 모든 이론은 베르누이의 방정식을 이상화되고 마찰이 없는 사이펀 작동에 대한 적절한 근사치로 인식합니다. 물통 안에 수은 비커 두 개를 보여주는 파스칼의 사이펀은 자연은 진공과 거리가 멀다는 것이 아니라 대기압에 의해 사이펀이 작동한다는 것을 보여준다 할 수 있습니다. 기원전 1500년 이집트의 구호품들은 대형 저장항아리에서 액체를 추출하는 데 사용되는 사이펀을 묘사하고 있습니다. 그리스인들은 사이펀 사용에 대한 물리적 증거가 기원전 6세기 사모스의 피타고라스 정의 컵과 페르가몬의 기원전 3세기 그리스 엔지니어들에 의해서라고 말한 바 있습니다. 알렉산드리아의 영웅은 논문 Pneumatica에서 사이펀에 대해 광범위하게 썼습니다. 9세기 바그다드의 바누 무사 형제는 이중 동심 사이펀을 발명했는데, 그들은 이 사이펀을 그들의 독창적인 장치 책에 묘사했습니다. 시폰은 흡입 펌프 및 최근 개발된 진공 펌프의 맥락에서 17세기에 더 연구되었는데 특히 펌프 및 사이펀의 최대 높이와 초기 기압계 상단의 겉보기 진공을 이해하는 데 초점을 맞추고 있습니다. 이것은 처음에 아리스토텔레스에 이르는 바쿠이 이론인 "자연은 진공과 거리가 멀다”를 통해 갈릴레오 갈릴레이에 의해 설명되었지만, 갈릴레오는 레진텐자 델 바쿠오로 다시 설명되었습니다. 이후 후기 노동자들은 특히 에반젤리스타 토리첼리와 블레이즈 파스칼에 의해 반증되었다. 전형적인 대기압과 튜브 높이에서 작동하는 실용적인 사이펀은 액체 잎의 높은 기둥을 끌어내리는 중력이 사이펀의 상단에서 압력을 감소시켰기 때문에 작동합니다. 상단에서의 이러한 감소된 압력은 액체의 짧은 기둥에서 끌어내리는 중력이 액체를 사이펀 상단의 감압 구역으로 밀어 올리는 대기압에 대해 고정 상태로 유지하기에 충분하지 않다는 것을 의미합니다. 그래서 액체는 상부 저장소의 고압 영역에서 사이펀의 상단에 있는 저압 구역으로, 다시 상단에 걸쳐 중력의 도움과 더 높은 액체 기둥을 가지고 출구의 고압 구역으로 흘러갑니다. "B"로 표시된 섹션이 "A"섹션보다 무거워서 아래로 당기는 체인 모델은 사이펀의 작동에 결함이 있지만 유용하다는 정설이 이를 증명하고 있습니다. 체인 모델은 유용하지만 완전히 정확한 사이펀 개념 모델이 아닙니다. 체인 모델은 사이펀이 어떻게 액체가 중력의 하향 힘에 의해서만 상승하는 것을 유발할 수 있는지를 이해한다면 도움이 됩니다. 사이펀은 때때로 도르래 위에 매달려 있는 체인처럼 생각할 수 있으며, 체인의 한쪽 끝은 다른 쪽보다 높은 표면에 쌓여 있습니다. 짧은 쪽의 체인 길이는 큰 쪽의 체인 길이보다 가볍기 때문에 큰 쪽의 무거운 체인은 아래로 이동하여 가벼운 쪽의 체인을 끌어 올립니다. 사이펀과 유사하게 체인 모델은 분명히 무거운 쪽에서 작용하는 중력에 의해 동력을 공급받을 뿐이고 에너지 보존에 대한 위반은 분명히 없습니다. 왜냐하면 체인은 궁극적으로 액체가 사이펀에서처럼 더 높은 위치에서 낮은 위치로 이동하기 때문입니다. 이러한 논리대로 라면 C에서 D까지 떨어지는 가벼운 하퇴부 조차도 무거운 상퇴부의 액체가 하부 저장소로 위아래로 흐르게할 수 있습니다. 사이펀의 체인 모델에는 여러 가지 문제가 있으며 이러한 차이를 이해하는 것은 사이펀의 실제 작업을 설명하는 데 도움이 됩니다. 첫째 사이펀의 체인 모델과 달리 중요한 것은 키가 작은 면에 비해 실제로 키가 큰 면의 무게가 아닙니다. 오히려 압력의 균형을 결정하는 것은 저수지 표면에서 사이펀의 꼭대기까지의 높이 차이입니다. 예를 들어 상부 저장소에서 사이펀의 상부까지의 튜브가 하부 저장소에서 사이펀의 상부까지 튜브의 더 큰 부분보다 훨씬 큰 직경을 갖는다면, 사이펀의 더 짧은 상부 부분은 훨씬 더 큰 액체의 무게를 가질 수 있지만, 하부 튜브의 더 가벼운 액체의 부피는 더 뚱뚱한 튜브 위로 액체를 끌어올릴 수 있고, 사이펀은 정상적으로 기능할 수 있습니다.
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