如今，水壓技術已被廣泛應用，淋浴、灌溉花園或滅火的每個人都能從中受益。然而，在17 和18 世紀，沒有壓力下降幹擾的穩定水流是一項重大突破。 1666 年，當水桶消防隊還是最好的防線時，倫敦大火幾乎燒毀了該市所有密集的木質建築。這場災難摧毀了數十萬棟房屋和幾十座教堂，顯示需要更好的消防方法和設備。

1725 年的紐沙姆（Newsham）消防車激發了作者研究溫德凱瑟爾效應的靈感，並捕捉了壓力下穩定水流這一經久不衰的技術背後的物理學原理。圖片來源：圖片由威廉斯堡殖民地基金會提供

消防創新

一個里程碑式的進步是發明了”吸水蠕蟲”，即連接在手動水泵上的皮管。後來又出現了Windkessel，它是木製馬車底部的艙室，可以壓縮空氣，並透過軟管持續抽水，形成穩定的水流。

受1725 年一輛消防車的啟發，作者在AIP 出版社出版的《美國物理學報》上發表文章，分析了壓力室的Windkessel 效應，以捕捉這項廣泛應用、經久不衰的技術背後的物理學原理。

作者特雷弗-利普斯科姆（Trevor Lipscombe）說：”在幾個世紀前的書籍和論文中，隱藏著許多引人入勝的物理問題！最近，我們一直在研究如何將基本流體力學應用於生物系統，並在醫學期刊上發現了一個常見的描述：心臟就像一個Windkessel，這就引出了一個問題：Windkessel 究竟是什麼？順藤摸瓜，我們找到了關於洛夫廷的’吸水蠕蟲’裝置的描述，並在紐沙姆的消防車中發現了一種救生應用。”

物理學和消防設備

為了確定哪些因素對溫德凱瑟爾效應影響最大，作者比較了試驗室的初始狀態、水桶隊的注水速度（容積流入量）、壓力形成的時間長度以及對輸出流量的影響。

利普斯科姆說：『面對洛夫廷的設計或紐沙姆的消防車，物理學家想要理清其中涉及的基礎科學–僅僅因為它就在那裡。這是物理學的樂趣所在。同時，這也是教學的一個方面。我們的文章建立了一個簡單的模型，展示了紐沙姆消防車是如何工作的。我們在一定程度上回答了’我什麼時候會用到這些東西’的問題”。

接下來，作者計劃研究心臟-主動脈系統中涉及的生理Windkessel。

“伯努利定律、理想氣體定律和等溫膨脹的知識是我們建立模型來探索這個裝置如何運作的三個要素，」利普斯科姆說。 “但是，如果我們能更好地理解這個系統，我們就可以研究那些重要的參數，看看改變這些參數會如何改進這個裝置”。

編譯來源：ScitechDaily