有300年历史的消防方法背后的物理学可以告诉我们心脏是如何工作的

　　如今，水压技术无处不在，任何淋浴、浇灌花园或灭火的人都能从这项技术中受益。然而，在17世纪和18世纪，不间断压力降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紧凑的木结构建筑。这场灾难摧毁了成千上万的房屋和数十座教堂，表明需要更好的消防方法和设备。

　　一个里程碑式的进步是发明了“吸吮蠕虫”，即连接在手动泵上的皮革软管。然后是Windkessel，一个木制马车底部的房间，压缩空气，通过软管连续泵水，形成稳定的水流。

　　1725年，一辆消防车以比以前更远的距离和更快的速度抽水，受到启发，作者在《美国物理学杂志》上发表文章，分析了压力室的Windkessel效应，以捕捉这种广泛使用、经久不衰的技术背后的物理原理。

　　作家特雷弗·利普斯科姆说:“几个世纪前写的书和论文中隐藏着许多引人入胜的物理问题。”“最近，我们一直致力于将基本流体力学应用于生物系统，并在医学期刊上看到了一个常见的描述:心脏就像一个风帆。这就引出了一个问题:到底什么是风之船?沿着线索，我们发现了洛夫廷的‘吸虫’装置的描述，以及纽舍姆消防车里的一种救生应用程序。”

　　为了确定哪些因素对Windkessel效应影响最大，作者比较了腔室的初始状态、桶群注水的速度(体积流入)、压力形成的时间长度以及对输出流量的影响。

　　“当面对洛夫廷的设计，或者纽舍姆的消防车时，物理学家想要理清其中的基础科学——仅仅因为它就在那里，”利普斯科姆说。“这是做物理的乐趣。但也有教学方面的问题。我们的文章建立了一个简单的模型来展示纽舍姆消防车是如何工作的。我们在一定程度上回答了“我什么时候会使用这些东西?”’的问题。”

　　接下来，作者计划检查心脏-主动脉系统中涉及的生理风脉。

　　利普斯库姆说:“伯努利定律、理想气体定律和等温膨胀是我们建立模型的三个要素，我们可以探索这个装置是如何工作的。”“但如果我们更好地了解这个系统，我们就可以关注重要的参数，看看改变它们如何改善设备。”