Venturijev učinak: ubrzanje, pad tlaka
1 · Predviđanje
Voda teče kroz cijev koja se na pola puta sužava, poput vrta crijeva s palcem preko kraja. Što se događa s tlakom vode u uskom dijelu?
- Tlak raste u uskom dijelu jer je voda više sažeta.
- Tlak pada u uskom dijelu jer voda ubrzava.
- Tlak ostaje isti posvuda — mijenja se samo brzina.
2 · Postava
- Otvori postav fluid-venturi i pritisni Resetiraj. Voda jednolično teče kroz cijev sa širokim dijelom (A₁) i uskim grlom (A₂).
- Omogući očitanja brzine u grlu i pada tlaka.
- Postavi površinu širokog dijela, površinu grla i ulaznu brzinu za svaki pokušaj i zabilježi očitanja brzine u grlu i pada tlaka.
3 · Prikupljanje podataka
| Površina širokog dijela A₁ (m²) | Površina grla A₂ (m²) | Ulazna brzina v₁ (m/s) | Brzina u grlu v₂ (m/s) | Promjena tlaka 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 |
Nacrtaj promjenu tlaka ΔP (y-os) naspram brzine u grlu v₂ (x-os) za svoja tri pokušaja.
4 · Analiza
- Za jedan pokušaj izračunaj v₂ = A₁v₁/A₂ iz kontinuiteta, zatim ΔP = P₂ − P₁ = ½ρ(v₁² − v₂²) iz Bernoullijeve jednadžbe. Usporedi oba s očitanjima — ΔP izlazi negativan, što je „tlak je pao u grlu“ kao predznačen broj.
- Objasni, u terminima očuvanja energije, zašto tlak fluida mora pasti tamo gdje mu brzina raste u horizontalnoj cijevi.
5 · Proširenje
- Karburatori i parfem atomizeri koriste Venturijev učinak za usisavanje drugog fluida u uskom grlu. Koristeći svoje podatke o promjeni tlaka, objasni zašto područje niskog tlaka tamo može povući tekućinu gore kroz bočnu cijev.
- Pokus krilo koristi isti model kontinuiteta + Bernoullija sa zrakom umjesto vodom. Očekuješ li da bi razlika tlakova bila veća ili manja za iste brzine i površine? Zašto?
Fizika iza ovog pokusa
Jednadžba kontinuiteta
Za nestlačiv fluid u cijevi, protok (površina × brzina) mora biti isti svugdje duž cijevi: A₁v₁ = A₂v₂. Suženje cijevi prisiljava fluid da ubrza.
Bernoullijeva jednadžba
Duž horizontalne strujnice, zbroj tlaka fluida i kinetičke energije po volumenu ostaje stalan: P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂². Gdje brzina raste, tlak mora pasti kao kompenzacija.