اثر ونتوری: تندی بالا، فشار پایین
1 · پیشبینی
آبی از لولهای میگذرد که وسط راه تنگ میشود، مثل شلنگ باغ با شست روی دهانه. در بخش تنگ، با فشار آب چه میشود؟
- 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.
2 · آمادهسازی
- 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.
3 · گردآوری داده
| مساحت بخش پهن A₁ (m²) | سطح گلوگاه A₂ (m²) | تندی ورودی v₁ (m/s) | تندی گلوگاه v₂ (m/s) | تغییر فشار 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 |
برای سه آزمایش، تغییر فشار ΔP (محور y) را بر حسب تندی گلوگاه v₂ (محور x) رسم کنید.
4 · تحلیل
- 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.
5 · گسترش
- 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؟
فیزیک پشت این آزمایش
معادلهٔ پیوستگی
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
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.