喷泉的原理是个动量守恒,从大半径管道到小半径管道,产生一个速度的变化,冲向背离地面的方向。 大半径的速度由泵带动,小半径中的速度是原来速度,与动量转化速度。需要选择一个微元计算动量守恒,这样能求出一个速度,这个速度是出口速度,然后就是一个上抛运动了,这个是理想的情况,没有摩擦,没有风。
喷泉起源很早,公元前6世纪在巴比伦空中花园中已建有喷泉。古希腊时代就已由饮用水的泉逐渐发展成为装饰性的泉。有一种说法认为,喷泉起源于伊斯兰国家的斋戒沐浴给水方法。在伊斯兰园林中,喷泉或沿轴线布置,或作为局部构图的中心。文艺复兴时期喷泉技术有很大的发展,这一时期的喷泉多与雕像、柱饰、水池等结合造景。 有名的喷泉如意大利伊斯特别墅的“百泉步道”和莱恩脱的喷泉水渠。7-18世纪,喷泉在欧洲城市盛极一时。的如法国凡尔赛宫的太阳神喷泉,俄国彼得宫的带雕像群的大瀑布喷泉。罗马有3000多个喷泉,被称为喷泉之城。
也有一些寓意很深的喷泉小品,如布鲁塞尔的于廉喷泉。它刻画了一个正在聚精会神地撒尿的孩子,相传敌军侵占布鲁塞尔后要炸毁城里的珍宝馆,小于廉发现燃烧着的导火线,急中生智,朝导火线撒了一泡尿;珍宝馆保住了,小英雄却壮烈牺牲。为了表彰他的功绩,1619年建造了这个喷泉。到20世纪,喷泉发展成为一种大型水雕塑,用水柱构成各种形态。如日内瓦莱蒙湖上耸入云表的大喷泉,建于1958年,它用两台1360马力的水泵,将水喷到145米的高空。 夜晚,巨型探照灯照射着银色水柱直划夜空,景色壮观。英国伦敦的诺姆甲堡喷泉,高2.7米,由一个造型优美、形状不规则的金属壳体构成,在壳体边缘喷射出两个水的曲面造型。壳体的底部可以转动,喷水的压力可以调节,能形成多姿多彩的水造型。美国西雅图的一个喷泉,由两根粗大的不锈钢弯管组成,水由沿管壁安装的很多小喷嘴喷出,造成实体水柱的感觉。它的喷水量由人工控制,能形成富有雕塑味的水造型。
现代技术的应用,产生了各种自控喷泉。日本的“会跳舞的喷泉”、美国的“华尔兹舞喷泉”,在彩色灯光的照射下,水花能随着音乐的旋律翩翩起舞。法国巴黎的德方斯广场上,有的“阿加姆”音乐喷泉,建于1980年,66个喷头呈“S”形布置,喷出1-15米高的水柱,能表演格什温的《蓝色狂想曲》、柴可夫斯基的《悲怆交响曲》、佩潘和阿乐纳德合作的《水上芭蕾舞曲》等十多个精彩节目。随着音乐的变化,水柱有时轻歌曼舞,有时又挺拔高耸,在绚丽多彩的水柱间还配有鲜艳夺目的火花。火花是由特制的火花喷射管喷出的,与水花交织在一起,景观奇妙。日本的水力喷射动物园,在一个直径10米水池内,安装着6036个旋转的喷头。它们能喷射出老虎和狮子搏斗、老鹰和羚羊厮杀等奇妙的场面。这些喷泉多是利用电脑控制水、光、音、色,使喷泉艺术进入崭新的时代。