流体
ベンチュリ管
狭い喉で流速が増し圧力が下がるのを観察（ベルヌーイ）。
ベンチュリ管 — インタラクティブな流体シミュレーション。狭い喉で流速が増し圧力が下がるのを観察（ベルヌーイ）。 ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
ベルヌーイ効果
ベンチュリ管では、流体は狭い喉部で加速し、圧力が下がります。
質量保存則により、断面積が小さい場所ほど速度は大きくなければなりません。ベルヌーイの方程式は、喉部での速度の増加を圧力の減少に結びつけます。
- A₁v₁ = A₂v₂
- P + ½ρv² = 一定
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
庭のホースの先を親指で押さえたように、途中で狭くなる管を水が流れる。狭い部分の水の圧力はどうなるか？
検討する予測
- 狭い部分では水がより圧縮されるため、圧力が高くなる。
- 狭い部分では水が速くなるため、圧力が低くなる。
- 全体で圧力は同じで、変化するのは速さだけである。
可変的な役割
設定するもの：
- 広い部分の面積 A₁ (m²)
- 首部の面積 A₂ (m²)
- 入口の速さ v₁ (m/s)
測定するもの：
- 首部の速さ v₂ (m/s)
- 圧力変化 ΔP = P₂ − P₁ (kPa)
実験の進め方
- fluid-venturi プリセットを開き、「リセット」を押す。水は、広い部分（A₁）と狭い首部（A₂）をもつ管を一定に流れる。
- 首部の速さと圧力低下の表示を有効にする。
- 各試行の広い部分の面積、首部の面積、入口の速さを設定し、首部の速さと圧力低下を記録する。
支配方程式
連続の式 — A₁·v₁ = A₂·v₂
管内の非圧縮性流体では、流量（面積 × 速さ）は管のどの場所でも同じでなければならない：A₁v₁ = A₂v₂。管が狭くなると、流体は速くなる。
ベルヌーイの式 — P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂²
水平な流線に沿って、流体の圧力と単位体積当たりの運動エネルギーの和は一定である：P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂²。速さが増す場所では、それを補うように圧力が下がる。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- 1回の試行について、連続の式から v₂ = A₁v₁/A₂ を計算し、次にベルヌーイの式から ΔP = P₂ − P₁ = ½ρ(v₁² − v₂²) を計算する。両方を表示値と比較する — ΔP は負の値になり、これは符号付きの数値として「首部で圧力が下がった」ことを表している。
- エネルギー保存の観点から、水平な管で流体の速さが増す場所では圧力が下がらなければならない理由を説明する。
実験以外での活用
- 気化器や香水の霧吹きは、ベンチュリ効果を使って狭い首部で二つ目の流体を吸い込む。圧力変化のデータを使い、そこで低圧領域が側管から液体を上へ引き上げられる理由を説明する。
- fluid-wing 実験は、水の代わりに空気を使って同じ連続の式とベルヌーイのモデルを用いる。同じ速さと面積なら、圧力差は大きくなるか小さくなるか？理由を説明する。
- AP Physics 1 — Unit 8: Fluids
- General High School Physics — Fluids & pressure
- NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law
- ベンヌーイの定理へようこそ
- 再生
- 速い喉部、低い圧力
- インスペクターを開く
- 完了です！
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。