Efecte Venturi: accelerar, baixar la pressió
1 · Prediu
L'aigua flueix per una canonada que s'estreny a mig camí, com una mànega de jardí amb el polze al final. Què passa amb la pressió de l'aigua a la secció estreta?
- La pressió augmenta a la secció estreta perquè l'aigua hi és més comprimida.
- La pressió disminueix a la secció estreta perquè l'aigua s'accelera.
- La pressió es queda igual a tot arreu: només canvia la velocitat.
2 · Configura
- Obre el predefinit «Tub de Venturi» i prem Restableix. L'aigua flueix estable per una canonada amb una secció ampla (A₁) i un coll estret (A₂).
- Activa les lectures de velocitat al coll i de caiguda de pressió.
- Defineix l'àrea de la secció ampla, l'àrea del coll i la velocitat d'entrada per a cada prova, i enregistra les lectures de velocitat al coll i de caiguda de pressió.
3 · Recull dades
| Àrea de la secció ampla A₁ (m²) | Àrea del coll A₂ (m²) | Velocitat d'entrada v₁ (m/s) | Velocitat al coll v₂ (m/s) | Canvi de pressió 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 |
Representa el canvi de pressió ΔP (eix y) contra la velocitat al coll v₂ (eix x) per a les tres proves.
4 · Analitza
- Per a una prova, calcula v₂ = A₁v₁/A₂ per continuïtat i després ΔP = P₂ − P₁ = ½ρ(v₁² − v₂²) per l'equació de Bernoulli. Compara totes dues amb les lectures: ΔP surt negatiu, que és com es veu «la pressió ha baixat al coll» com a nombre amb signe.
- Explica, en termes de conservació de l'energia, per què la pressió d'un fluid ha de baixar on la seva velocitat augmenta en una canonada horitzontal.
5 · Amplia
- Els carburadors i els atomitzadors de perfum fan servir l'efecte Venturi per aspirar un segon fluid al coll estret. Amb les teves dades de canvi de pressió, explica per què una regió de baixa pressió allà pot estirar líquid cap amunt per un tub lateral.
- L'experiment «Ala d'avió» fa servir aquest mateix model de continuïtat + Bernoulli amb aire en lloc d'aigua. Esperaries que la diferència de pressió fos més gran o més petita per a les mateixes velocitats i àrees? Per què?
La física al darrere d'aquest experiment
Equació de continuïtat
Per a un fluid incompressible en una canonada, el cabal (àrea × velocitat) ha de ser el mateix a tot arreu de la canonada: A₁v₁ = A₂v₂. Estrenyir la canonada força el fluid a accelerar.
Equació de Bernoulli
Al llarg d'una línia de corrent horitzontal, la pressió d'un fluid més la seva energia cinètica per volum es manté constant: P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂². On la velocitat augmenta, la pressió ha de baixar per compensar.
Fluids
- Empenyiment: canvia la massa d'un objecte que sura com de fond es seu?
- Objectes que s'enfonsen: pes contra força d'empenyiment màxima
- Manòmetre de tub en U: diferència de pressió per alçada
- Principi de Pascal: multiplicació de força hidràulica
- Sustentació d'un perfil: principi de Bernoulli sobre una ala
138 fulls de treball de laboratori de física gratuïts i imprimibles