Ефект на Вентури: скорост нагоре, налягане надолу
1 · Предскажи
Вода тече през тръба, която се стеснява по средата, като градинска маркуча с палец върху края. Какво става с налягането на водата в тесния участък?
- Налягането нараства в тесния участък, защото водата е по-компресирана.
- Налягането намалява в тесния участък, защото водата ускорява.
- Налягането остава същото навсякъде — само скоростта се променя.
2 · Постановка
- Отвори настройката вентури флуид и натисни Нулирай. Водата тече установено през тръба с широк участък (A₁) и тесно сечение (A₂).
- Включи показанията за скорост в сечението и спад на налягането.
- Задай площта на широкия участък, площта на сечението и входната скорост за всеки опит и запиши показанията за скоростта в сечението и спада на налягането.
3 · Събери данни
| Площ на широкия участък A₁ (m²) | Площ на сечението A₂ (m²) | Входна скорост v₁ (m/s) | Скорост в сечението v₂ (m/s) | Промяна на налягането 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 |
Чертай промяната на налягането ΔP (ос y) спрямо скоростта в сечението v₂ (ос x) за трите си опита.
4 · Анализирай
- За един опит изчисли v₂ = A₁v₁/A₂ от непрекъснатостта, после ΔP = P₂ − P₁ = ½ρ(v₁² − v₂²) от уравнението на Бернули. Сравни и двете с показанията — ΔP излиза отрицателно, което е „налягането падна в сечението“ като число със знак.
- Обясни, в термини на запазване на енергията, защо налягането на флуид трябва да пада там, където скоростта му нараства в хоризонтална тръба.
5 · Надгради
- Карбураторите и парфюмените пулверизатори ползват ефекта на Вентури, за да всмукват втори флуид в тесното сечение. С данните си за промяна на налягането обясни защо област с ниско налягане там може да дърпи течност нагоре през странична тръбичка.
- Експериментът крило ползва същия модел непрекъснатост + Бернули с въздух вместо вода. Очакваш ли разликата в налягането да е по-голяма или по-малка при същите скорости и площи? Защо?
Физиката зад този експеримент
Уравнение на непрекъснатостта
За несжимаем флуид в тръба дебитът (площ × скорост) трябва да е еднакъв навсякъде по тръбата: A₁v₁ = A₂v₂. Стесняването на тръбата принуждава флуида да ускорява.
Уравнение на Бернули
По хоризонтална линия на тока налягането на флуида плюс кинетичната му енергия на единица обем остават постоянни: P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂². Където скоростта расте, налягането трябва да намалява, за да компенсира.