Venturiho efekt: zrychlení, pokles tlaku
1 · Predikuj
Voda teče trubkou, která se v půlce zužuje, jako hadice s palcem přes konec. Co se stane s tlakem vody v úzkém úseku?
- Tlak v úzkém úseku roste, protože voda je víc stlačená.
- Tlak v úzkém úseku klesá, protože voda zrychluje.
- Tlak zůstává všude stejný — mění se jen rychlost.
2 · Sestavení
- Otevři předvolbu fluid-venturi a stiskni Resetovat. Voda teče ustáleně trubkou se širokým úsekem (A₁) a úzkým hrdlem (A₂).
- Zapni odečty rychlosti v hrdle a poklesu tlaku.
- Nastav plochu širokého úseku, plochu hrdla a vstupní rychlost pro každý pokus a zapiš odečty rychlosti v hrdle a poklesu tlaku.
3 · Sbírej data
| Plocha širokého úseku A₁ (m²) | Plocha hrdla A₂ (m²) | Vstupní rychlost v₁ (m/s) | Rychlost v hrdle v₂ (m/s) | Změna tlaku 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 |
Vynes změnu tlaku ΔP (osa y) proti rychlosti v hrdle v₂ (osa x) pro své tři pokusy.
4 · Analyzuj
- Pro jeden pokus spočti v₂ = A₁v₁/A₂ z kontinuity, pak ΔP = P₂ − P₁ = ½ρ(v₁² − v₂²) z Bernoulliho rovnice. Porovnej obě s odečty — ΔP vyjde záporné, což je znaménkově „tlak v hrdle klesl“.
- Vysvětli ve smyslu zachování energie, proč musí tlak tekutiny klesnout tam, kde její rychlost roste ve vodorovné trubce.
5 · Rozšiř
- Karburátory a parfémové rozprašovače používají Venturiho efekt k nasávání druhé tekutiny v úzkém hrdle. Použij svá data změny tlaku a vysvětli, proč oblast nízkého tlaku tam dokáže táhnout kapalinu vzhůru po postranní trubičce.
- Experiment fluid-wing používá tentýž model kontinuity + Bernoulliho s vzduchem místo vody. Očekával bys rozdíl tlaků větší, nebo menší při stejných rychlostech a plochách? Proč?
Fyzika za tímto experimentem
Rovnice kontinuity
Pro nestlačitelnou tekutinu v trubce musí být průtok (plocha × rychlost) všude podél trubky stejný: A₁v₁ = A₂v₂. Zúžení trubky nutí tekutinu zrychlit.
Bernoulliho rovnice
Podél vodorovné proudnice zůstává součet tlaku a kinetické energie na jednotku objemu konstantní: P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂². Kde rychlost roste, musí tlak klesnout.