Venturi efekt: kiirus üles, rõhk alla
1 · Ennusta
Vesi voolab läbi toru, mis teel kitseneb — nagu aiavoolik, mille otsa on pöidlaga kinni pandud. Mis juhtub vee rõhuga kitsas lõigus?
- Rõhk kasvab kitsas lõigus, sest vesi on seal kokkusurutum.
- Rõhk langeb kitsas lõigus, sest vesi kiireneb.
- Rõhk jääb kõikjal samaks — ainult kiirus muutub.
2 · Seadista
- Ava Venturi eelseadistus ja vajuta Lähtesta. Vesi voolab ühtlaselt läbi toru laia lõiguga (A₁) ja kitsa kuruga (A₂).
- Lülita sisse kurgu kiiruse ja rõhulanguse näidud.
- Sea iga katse jaoks laia lõigu pindala, kurgu pindala ja sisenemiskiirus ning kirjuta üles kurgu kiiruse ja rõhulanguse näidud.
3 · Kogu andmeid
| Laias lõigus pindala A₁ (m²) | Kurgu pindala A₂ (m²) | Sissevoolu kiirus v₁ (m/s) | Kurgu kiirus v₂ (m/s) | Rõhu muutus 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 |
Joonista rõhu muutus ΔP (y-telg) kurgu kiiruse v₂ (x-telg) suhtes oma kolme katse jaoks.
4 · Analüüsi
- Arvuta ühes katses pidevusest v₂ = A₁v₁/A₂, seejärel Bernoulli võrrandist ΔP = P₂ − P₁ = ½ρ(v₁² − v₂²). Võrdle mõlemat näitudega — ΔP tuleb negatiivne, mis ongi märgiga arvuna see, kuidas näeb välja „rõhk kurgus langes“.
- Selgita energia jäävuse mõistes, miks vedeliku rõhk peab rõhttorus langema seal, kus tema kiirus kasvab.
5 · Laienda
- Karburäätorid ja parfüümiatomisaatorid kasutavad Venturi efekti, et kitsas kurgus teist vedelikku sisse tõmmata. Kasutades oma rõhumuutuse andmeid, selgita, miks madalrõhu piirkond seal võib vedeliku külgtoru kaudu üles tõmmata.
- Tiiva eksperiment kasutab sama pidevuse + Bernoulli mudelit õhuga vee asemel. Kas sa ootaksid rõhu erinevust samade kiiruste ja pindalade juures suuremat või väiksemat? Miks?
Selle eksperimendi füüsika
Pidevuse võrrand
Kokkusurumatu vedeliku jaoks torus peab vooluhulk (pindala × kiirus) olema kõikjal torus sama: A₁v₁ = A₂v₂. Toru kitsenemine sunnib vedelikku kiirenema.
Bernoulli võrrand
Piki rõhtsat voolujoont jääb vedeliku rõhk pluss tema kineetiline energia ruumalaühiku kohta konstantseks: P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂². Kus kiirus kasvab, peab rõhk kahinema, et tasakaalu hoida.