تأثير فنتوري: سرعة أعلى، ضغط أدنى
1 · توقّع
يتدفق ماء في أنبوب يضيق في منتصفه، كخرطوم حديقة تضع إبهامك على طرفه. ماذا يحدث لضغط الماء في المقطع الضيق؟
- يزداد الضغط في المقطع الضيق لأن الماء أكثر انضغاطًا.
- ينقص الضغط في المقطع الضيق لأن الماء يتسارع.
- يبقى الضغط كما هو في المجمل — السرعة وحدها تتغير.
2 · التجهيز
- افتح تجربة فنتوري واضغط إعادة. ماء يتدفق بانتظام عبر أنبوب بمقطع واسع (A₁) وحلق ضيق (A₂).
- فعّل قراءتي سرعة الحلق وهبوط الضغط.
- اضبط مساحة المقطع الواسع ومساحة الحلق وسرعة المدخل لكل تجربة، وسجل قراءتي سرعة الحلق وهبوط الضغط.
3 · اجمع البيانات
| مساحة المقطع الواسع A₁ (m²) | مساحة الحلق A₂ (m²) | سرعة المدخل v₁ (m/s) | سرعة الحلق v₂ (m/s) | تغير الضغط ΔP = P₂ − P₁ (kPa) |
|---|---|---|---|---|
| 4.00e-4 | 1.00e-4 | 2.00 | ||
| 4.00e-4 | 1.00e-4 | 3.00 | ||
| 4.00e-4 | 2.00e-4 | 4.00 |
ارسم تغير الضغط ΔP (المحور y) مقابل سرعة الحلق v₂ (المحور x) لتجاربك الثلاث.
4 · حلّل
- لمحاولة واحدة، احسب v₂ = A₁v₁/A₂ من الاستمرارية، ثم ΔP = P₂ − P₁ = ½ρ(v₁² − v₂²) من معادلة برنولي. قارن كليهما بالقراءتين — تخرج ΔP سالبة، وهو شكل «هبط الضغط عند الخنق» كعدد بإشارة.
- بلغة انحفاظ الطاقة، اشرح لماذا يجب أن يهبط ضغط المائع حيث تزداد سرعته في أنبوب أفقي.
5 · وسّع
- تستخدم المكربنات وبخاخات العطر تأثير فنتوري لسحب مائع ثانٍ عند الحلق الضيق. ببيانات تغير الضغط، اشرح لماذا تستطيع منطقة الضغط المنخفض هناك سحب سائل صاعدًا عبر أنبوب جانبي.
- تستخدم تجربة الجناح نموذج الاتصالية وبرنولي نفسه بهواء بدل الماء. أتتوقع فرق ضغط أكبر أم أصغر عند السرعات والمساحات نفسها؟ ولماذا؟
الفيزياء خلف هذه التجربة
معادلة الاتصالية
لمائع غير قابل للانضغاط في أنبوب، يجب أن يكون معدل التدفق (المساحة × السرعة) هو نفسه في كل مكان على امتداد الأنبوب: A₁v₁ = A₂v₂. تضييق الأنبوب يفرض على المائع التسارع.
معادلة برنولي
على امتداد خط انسياب أفقي، يبقى ضغط المائع زائد طاقته الحركية لكل وحدة حجم ثابتًا: P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂². حيث تزداد السرعة يجب أن ينخفض الضغط تعويضًا.