سیالات
لولهٔ ونتوری
ببینید در گلوگاه تنگ، تندی جریان زیاد میشود — فشار کم میشود (برنولی).
لولهٔ ونتوری — شبیهسازی تعاملی سیالات. ببینید در گلوگاه تنگ، تندی جریان زیاد میشود — فشار کم میشود (برنولی). آزمایشگاه مجازی فیزیکِ رایگانِ مرورگری با اندازهگیریهای زندهٔ SI و آموزش هدایتشده.
اثر برنولی
در لولهٔ ونتوری، سیال در گلوگاه باریک تندتر میشود و فشار میافتد.
پایستگی جرم ایجاب میکند جایی که سطح مقطع کوچکتر است جریان تندتر باشد. معادلهٔ برنولی تندی بیشتر را به فشار کمتر در گلوگاه پیوند میدهد.
- A₁v₁ = A₂v₂
- P + ½ρv² = ثابت
خلاصهٔ پژوهش
پرسش را پیش از بازکردن آزمایشگاه برنامهریزی کنید
این خلاصه همان صفحهٔ از پیش رندرشده است: پرسش محوری، پیشبینیهای رقیب، نقش متغیرها، قوانین حاکم، برپاسازی، تحلیل و پرسشهای گسترش — به همین ترتیب و همیشه در دید میمانند.
پرسش محوری
آبی از لولهای میگذرد که وسط راه تنگ میشود، مثل شلنگ باغ با شست روی دهانه. در بخش تنگ، با فشار آب چه میشود؟
پیشبینیهایی که باید سنجیده شوند
- فشار در بخش تنگ زیاد میشود چون آب فشردهتر است.
- فشار در بخش تنگ کم میشود چون آب تند میشود.
- فشار همهجا همان است — فقط تندی عوض میشود.
نقش متغیرها
آنچه شما تنظیم میکنید:
- مساحت بخش پهن A₁ (m²)
- سطح گلوگاه A₂ (m²)
- تندی ورودی v₁ (m/s)
آنچه اندازه میگیرید:
- تندی گلوگاه v₂ (m/s)
- تغییر فشار ΔP = P₂ − P₁ (kPa)
پژوهش چگونه اجرا میشود
- پیشتنظیم ونتوری را باز کنید و Reset بزنید. آب بهطور پایا از لولهای با بخش پهن (A₁) و گلوگاه تنگ (A₂) میگذرد.
- قرائتهای تندی گلوگاه و افت فشار را فعال کنید.
- برای هر آزمایش، مساحت بخش پهن، مساحت گلوگاه و تندی ورودی را تنظیم کنید و قرائت تندی گلوگاه و افت فشار را ثبت کنید.
معادلهٔ حاکم
معادلهٔ پیوستگی — A₁·v₁ = A₂·v₂
برای شارهٔ تراکمناپذیر در لوله، دبی (مساحت × تندی) باید در تمام طول لوله یکسان باشد: A₁v₁ = A₂v₂. تنگشدن لوله شاره را وادار به تندتر شدن میکند.
معادلهٔ برنولی — P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂²
در امتداد یک خط جریان افقی، مجموع فشار شاره و انرژی جنبشی آن در واحد حجم ثابت میماند: P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂². هر جا تندی افزایش یابد، فشار باید برای جبران کاهش یابد.
برگهٔ کار چاپی از دانشآموزان چه میخواهد به دست آورند
- برای یک آزمایش، ابتدا از پیوستگی v₂ = A₁v₁/A₂ و سپس از معادلهٔ برنولی ΔP = P₂ − P₁ = ½ρ(v₁² − v₂²) را حساب کنید. هر دو را با قرائتها مقایسه کنید — ΔP منفی درمیآید، و این همان شکل عددیِ علامتدارِ این جمله است که «فشار در گلوگاه افت کرد».
- با پایستگی انرژی توضیح دهید چرا فشار سیال در لولهٔ افقی باید جایی که تندیاش زیاد میشود، افت کند.
کجا غیر از آزمایشگاه خودش را نشان میدهد
- کاربراتورها و عطرپاشها از اثر ونتوری برای کشیدن سیال دومی در گلوگاه تنگ به کار میگیرند. با دادههای تغییر فشارتان توضیح دهید چرا ناحیهٔ کمفشار آنجا میتواند مایع را از لولهای جانبی بالا بکشد.
- آزمایش بال همین مدل پیوستگی + برنولی را با هوا بهجای آب به کار میبرد. برای همان تندیها و مساحتها، اختلاف فشار را بزرگتر یا کوچکتر انتظار دارید؟ چرا؟
- AP Physics 1 — Unit 8: Fluids
- General High School Physics — Fluids & pressure
- NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law
- به ونتوری سیال خوش آمدید
- Play را بفشارید
- گلوگاه تند، فشار کم
- پنل ویژگیها را باز کنید
- انجامش دادید!
شبیهسازی تعاملی را باز کنید تا صحنه را بسازید، Play را بفشارید و با اندازهگیریهای زنده و آموزش هدایتشده کاوش کنید.