Ρευστά

Σωλήνας Venturi

Δες τη ροή να επιταχύνεται στο στενό λαιμό — η πίεση πέφτει (Bernoulli).

Σωλήνας Venturi — διαδραστική προσομοίωση Ρευστά. Δες τη ροή να επιταχύνεται στο στενό λαιμό — η πίεση πέφτει (Bernoulli). Δωρεάν εικονικό εργαστήριο φυσικής στον φυλλομετρητή με ζωντανές μετρήσεις σε μονάδες SI και καθοδηγούμενο μάθημα.

Φαινόμενο Bernoulli

Σε σωλήνα Venturi, το υγρό επιταχύνει σε στενό στένωμα και η πίεση πέφτει.

Η διατήρηση της μάζας απαιτεί ταχύτερη ροή όπου η διατομή είναι μικρότερη. Η εξίσωση του Bernoulli συνδέει μεγαλύτερη ταχύτητα με χαμηλότερη πίεση στο στένωμα.

• A₁v₁ = A₂v₂
• P + ½ρv² = σταθερά

Σύνοψη έρευνας

Σχεδίασε την ερώτηση πριν ανοίξεις το εργαστήριο

Η σύνοψη κατοπτρίζει την προαποτυπωμένη σελίδα: η βασική ερώτηση, οι αντικρουόμενες προβλέψεις, οι ρόλοι των μεταβλητών, οι κύριοι νόμοι, η διάταξη, η ανάλυση και οι προεκτάσεις παραμένουν ορατά και με αυτή τη σειρά.

Βασική ερώτηση

Το νερό ρέει μέσα από σωλήνα που στενεύει εν μέρει στη διάρκεια, όπως λάστιχο κήπου με τον αντίχειρά σου πάνω στην άκρη. Τι θα γίνει με την πίεση του νερού στη στενή διατομή;

Προβλέψεις προς σταθμίσει

• Η πίεση μεγαλώνει στη στενή διατομή επειδή το νερό είναι πιο συμπιεσμένο.
• Η πίεση μειώνεται στη στενή διατομή επειδή το νερό επιταχύνει.
• Η πίεση μένει ίδια παντού — μόνο η ταχύτητα αλλάζει.

Ρόλοι μεταβλητών

Τι ρυθμίζεις:

• Εμβαδόν πλατιάς διατομής A₁ (m²)
• Εμβαδόν στενώματος A₂ (m²)
• Ταχύτητα εισόδου v₁ (m/s)

Τι μετράς:

• Ταχύτητα στενώματος v₂ (m/s)
• Μεταβολή πίεσης ΔP = P₂ − P₁ (kPa)

Πώς εκτελείται η έρευνα

1. Άνοιξε την προεπιλογή fluid-venturi και πάτησε Επαναφορά. Το νερό ρέει σταθερά μέσα από σωλήνα με πλατιά διατομή (A₁) και στενό στένωμα (A₂).
2. Ενεργοποίησε τις ενδείξεις ταχύτητας στενώματος και πτώσης πίεσης.
3. Ρύθμισε το εμβαδόν πλατιάς διατομής, εμβαδόν στενώματος και ταχύτητα εισόδου για κάθε δοκιμή, και κατέγραψε τις ενδείξεις ταχύτητας στενώματος και πτώσης πίεσης.

Κυρίαρχη εξίσωση

Εξίσωση συνέχειας — A₁·v₁ = A₂·v₂

Για ασυμπίεστο υγρό σε σωλήνα, η παροχή (εμβαδόν × ταχύτητα) πρέπει να είναι ίδια παντού κατά μήκος του σωλήνα: A₁v₁ = A₂v₂. Η στένωση του σωλήνα αναγκάζει το υγρό να επιταχύνει.

Εξίσωση Bernoulli — P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂²

Κατά μήκος οριζόντιας ροϊκής γραμμής, η πίεση ενός υγρού συν την κινητική ενέργεια ανά όγκο μένει σταθερή: P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂². Όπου η ταχύτητα μεγαλώνει, η πίεση πρέπει να μειώνεται για αντιστάθμιση.

Τι ζητά να επεξεργαστούν οι μαθητές το εκτυπώσιμο φύλλο εργασίας

• Για μία δοκιμή, υπολόγισε v₂ = A₁v₁/A₂ από τη συνέχεια, μετά ΔP = P₂ − P₁ = ½ρ(v₁² − v₂²) από την εξίσωση Bernoulli. Σύγκρινε και τα δύο με τις ενδείξεις — το ΔP βγαίνει αρνητικό, που είναι αυτό που «η πίεση έπεσε στο στένωμα» φαίνεται ως αριθμός με πρόσημο.
• Εξήγησε, με όρους διατήρησης ενέργειας, γιατί η πίεση ενός υγρού πρέπει να πέφτει όπου η ταχύτητά του μεγαλώνει σε οριζόντιο σωλήνα.

Πού εμφανίζεται αυτό πέρα από το εργαστήριο

• Τα καρμπυρατέρ και οι ψεκαστήρες αρώματος χρησιμοποιούν το φαινόμενο Venturi για να αντλήσουν δεύτερο υγρό στο στενό στένωμα. Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα μεταβολής πίεσης, εξήγησε γιατί μια περιοχή χαμηλής πίεσης εκεί μπορεί να τραβήξει υγρό προς τα πάνω μέσα από πλάγιο σωλήνα.
• Το πείραμα πτέρυγας-ρευστού χρησιμοποιεί το ίδιο μοντέλο συνέχειας + Bernoulli με αέρα αντί νερό. Θα περίμενες τη διαφορά πίεσης μεγαλύτερη ή μικρότερη για τις ίδιες ταχύτητες και εμβαδά; Γιατί;

• AP Physics 1 — Unit 8: Fluids
• General High School Physics — Fluids & pressure
• NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law

1. Καλώς όρισες στον σωλήνα Venturi
2. Πάτησε Αναπαραγωγή
3. Γρήγορο στένωμα, χαμηλή πίεση
4. Άνοιξε το πάνελ Ιδιότητες
5. Το κατάφερες!

Άνοιξε τη διαδραστική προσομοίωση για να χτίσεις τη σκηνή, πάτησε Αναπαραγωγή και εξερεύνησε με ζωντανές μετρήσεις και καθοδηγούμενο μάθημα.

Άνοιγμα Διαδραστικού Εργαστηρίου →

Λήψη φύλλου εργασίας →

Αρχή Bernoulli