抽水機的原理
如果我們對抽水機感興趣，就會知道，抽水機抽水的抽力，實際上是來自於大氣壓。水並不是被抽上來的，而是通過葉輪抽出抽水機內的空氣，瞬時降低機內氣壓然後再借助於大氣壓的壓力把水壓上來的。
所以一般來講抽力的極限就是大氣壓強，而物理學上一般會用標準大氣壓來計算，那麼這個壓強有多大？
標準大氣壓，1644年由意大利物理學家托里拆利提出，其值為101.325kPa。就是每平方米的面積上承受101325牛頓的力，如果太抽象的話我們就可以形象的理解成，一個底面積為一米的76釐米高的汞柱的重量帶來的壓力，或者更直觀一點，可以取10.33米的水柱做參照。
埃萬傑利斯塔·托里拆利
那麼相應的我們就可以知道，如果一個水泵在沒有中繼的情形下，最大的抽水作業距離也超不過10.33米，因為在這個高度下，大氣壓和水柱在重力作用下的壓強平衡了，無法再把水面壓上升了。然而高度能達到100米以上的北美紅杉，卻能輕易的把水由樹根運輸到頂部，這個輸水系統是用了什麼樣的神奇方法呢？就讓我們來探索一下這其中的奧秘。
關於水的張力現象
這個現象與水的張力有關，我們需要簡單的對水的張力做一下了解。19世紀，德國的阿格內斯·波克爾斯女士，通過一個簡單的實驗證明了張力的存在。就是把一小塊金屬圓片系在一個繩子上，然後放到水面上，因水面會對金屬片產生一種“吸力”，從水面上提起金屬圓片的所需要的力大於從桌面上提起所需要的力。這就證明了水面張力的作用。
水面之所以會形成張力，是因為水分子之間的吸引力非常強大，每個水分子都有一個較大的氧原子和兩個較小的氫原子，氧原子位於分子中央，兩個氫原子分佈在兩側，形成一個張開的V形。可是，儘管與自己的氫原子結合的十分緊密，氧原子仍然不會放過偶然路過的其他粒子。氧原子總是在不斷吸引其他水分子的氫原子，形成人們所說的氫鍵。氫鍵的力量讓水分子凝聚成了整體。說以水分子只要相互接觸就會相互吸引融合成彷彿整體一般。
而這時處在水的表面的水分子，它的受力卻會不一樣。它們會受到下方水分子的吸引，但上方卻沒有別的水分子。表面的這層水分子受到的力有向下的、向側面的，卻沒有向上的，於是它形成了一張具有彈性的薄膜，緊緊的包裹著下面的水分子，同時儘可能的向內收縮，減小自己的面積，這就是表面張力的來源。它源自於水分子之間的吸引力。
毛細現象是自然界張力的運用
在宏觀世界中一切彷彿都在重力的主導作用下運行，然而在微觀世界裡重力的主導作用卻遭遇了強有力的挑戰。在分子層面，張力的作用甚至大過了重力的影響。因此就會發生一些在宏觀世界裡和重力作用下不相符的有趣現象，比方說毛細現象。
毛細現象，是指液體在細管內克服地心引力而上升的現象。如果我們把一個乾毛巾的一端放到水中，也會發生這種有趣的現象，水分子會逆著重力往上爬，沒多久就會浸溼水面上方的一大片。而它和毛細現象都來自於同一個原理，那就是張力的作用。
毛細現象
毛巾是用棉花做的，放大來看看棉花的纖維細長而蓬鬆，與水分子接觸後，水分子會牢牢的吸附在棉花纖維上，沿著每根纖維的表面慢慢的爬行。由於水分子之間的引力很強，所以第一個接觸毛巾的水分子，會把後面的一竄夥伴都拉上來。水分子前拉後擁，不斷的擠佔著棉花纖維裡面的空間，直到在張力的作用下與受到的重力達到平衡，這就是一端浸入水面的毛巾還會再向上浸溼一小段的原因。
顯微鏡下的棉花纖維
紅杉的輸水系統
從某種意義上來講樹木確實向高處運輸水的大師，樹木的輸水系統藏在木質部中，細小的管子貫通樹幹，從樹根一直延伸到樹梢的葉子裡。我們所說的“木頭“的主要成分就是這些小管子。不過，隨著樹木長得越來越高大，最內層的樹芯就會逐步失去輸水功能。毛巾吸水靠的是毛細現象，但這隻能把水抽到幾米的高度這對很高的樹來說遠遠不夠。紅杉在輸水上另有辦法，它的水不是推上去的，而是拉到高處的。所有樹木都擁有類似的輸水系統，但紅杉的體系無愧是其中精品。
紅杉
紅杉樹葉的背面遍佈著氣孔，在這些氣孔的內部有著纖細的網絡，交織著充滿水的通道。這是樹木輸水管道的末端，在在到達氣孔之前，主輸水管道經過多次分岔，每一次分岔都會讓直徑變得更小。在這裡輸水管道終於接觸到了空氣，它的末端直徑只有10納米左右。水分子緊緊的吸附在每條管道的內壁上，水的表面向下凹陷，形成納米尺度下的“小碗”狀。陽光會加熱樹葉和葉子裡的空氣。當水面上的某個水分子獲得了足夠的能量，就會脫離下面的夥伴，蒸發到空氣中。這時在納米尺度下的“小碗”就變形了:因為失去一個水分子，它凹陷的太深。表面張力會向更深處拉扯水分子，讓它們擠的更緊，以便進一步縮小表面積。有很多新的水分子可以填補那個被蒸發掉的空隙，但它們都在輸水管的深處。輸水管裡的水會向上移動，去填補那個被蒸發的水分子，由此引發連鎖效應，層層傳遞到樹幹低處。單個輸水管的直徑很小，表面張力會對下方的水產生極強的拉力，無數葉子共同作用形成的合力足以拉動管道系統裡的水從樹根直抵樹梢。這些水的確會受到向下的重力，但眾多微弱的拉力匯聚起來，最終贏得了這場戰鬥。
從樹苗開始，管道輸水系統就不斷伸展，但絕不會斷裂，所以樹葉背面的氣孔總能得到輸水系統的滋潤。在樹木的成長過程中，這套系統一刻不停的向上抽水保障供給。如果管道系統徹底空了，樹木就無法再次往裡面充水。在成長過程中，樹木會確保管道里的水長流不竭。不管樹木長到多高，它都必須確保輸水系統完好無損。最高的紅杉之所以都長在海岸附近，是因為海濱的霧氣能夠幫助他們的葉子保持溼潤。這樣一來，紅杉就不需要從根部抽取那麼多水了，這減輕了系統的負擔，樹木也因此長得更高。
水從樹葉中蒸發的過程被稱為“蒸騰作用”，在陽光的照射下，這個過程時刻都在進行。宛如巨人一般的紅杉實際上是數量驚人的一束水管，不斷的從森林的地下吸水，利用一部分水完成光合作用，再把剩下的水蒸發向天空中。
如果沒有充足的水分，它們就無法向天空伸展。美妙的是，它們不需要水泵就能完成抽水的任務。樹木將問題化繁為簡，利用微觀世界的法則，將同樣的過程重複數百萬次，最終完成了不可思議的任務。它們是活用物理學的巨匠。
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