유체
벤투리관
좁은 목에서 유속이 빨라지고 압력이 내려가는 것을 관찰(베르누이).
벤투리관 — 인터랙티브 유체 시뮬레이션. 좁은 목에서 유속이 빨라지고 압력이 내려가는 것을 관찰(베르누이). 실시간 SI 측정값과 안내형 튜토리얼을 제공하는 무료 브라우저 기반 가상 물리 실험실입니다.
베르누이 효과
벤투리관에서 유체는 좁은 목 부분에서 속도가 빨라지고 압력이 낮아집니다.
질량 보존에 따라 단면적이 작은 곳에서 유속이 빨라져야 합니다. 베르누이 방정식은 목 부분에서 속도가 클수록 압력이 낮아짐을 설명합니다.
- A₁v₁ = A₂v₂
- P + ½ρv² = 일정
조사 개요
랩을 열기 전에 질문을 계획하세요.
이 브리프는 사전 렌더링된 페이지를 반영합니다. 탐구 질문, 서로 다른 예측, 변수의 역할, 지배 법칙, 설정, 분석 및 확장 질문을 이 순서로 계속 표시합니다.
운전 질문
물은 엄지손가락을 끝에 대고 있는 정원 호스처럼 중간에 좁아지는 파이프를 통해 흐릅니다. 좁은 부분의 물의 압력은 어떻게 되나요?
검토할 예측
- 좁은 부분에서는 물이 더 압축되기 때문에 압력이 증가합니다.
- 물의 속도가 빨라지기 때문에 좁은 부분에서는 압력이 감소합니다.
- 압력은 전체적으로 동일하게 유지되며 속도만 변경됩니다.
다양한 역할
설정하는 것:
- 광역면적 A₁ (m²)
- 목 부위 A² (m²)
- 입구 속도 v₁ (m/s)
측정하는 것:
- 목구멍 속도 v₂ (m/s)
- 압력 변화 ΔP = P₂ − P₁ (kPa)
실험 진행 방법
- fluid-venturi 사전 설정을 열고 재설정을 누릅니다. 단면이 넓고(A₁) 목이 좁은(A2) 파이프를 통해 물이 꾸준하게 흐릅니다.
- 목 부분 속력 및 압력 강하 표시를 활성화하세요.
- 각 시행마다 넓은 부분의 면적, 목 부분의 면적, 입구 속력을 설정하고 목 부분 속력과 압력 강하 측정값을 기록하세요.
지배방정식
연속 방정식 — A₁·v₁ = A₂·v₂
관 속의 비압축성 유체는, 유량(면적 × 속력)이 관을 따라 어디서나 같아야 합니다: A₁v₁ = A₂v₂. 관이 좁아지면 유체는 더 빨리 흐를 수밖에 없습니다.
베르누이 방정식 — P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂²
수평 유선을 따라, 유체의 압력과 단위 부피당 운동 에너지의 합은 일정하게 유지됩니다: P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂². 속력이 증가하는 곳에서는 압력이 그만큼 감소해야 합니다.
인쇄용 실험지에서 학생이 계산할 내용
- 한 번의 시행에 대해 연속성에서 v₂ = A₁v₁/A₂를 계산한 다음 베르누이 방정식에서 ΔP = P₂ − P₁ = ½ρ(v₁² − v₂²)를 계산합니다. 두 가지를 모두 판독값과 비교하십시오 — ΔP는 음수로 나오는데, 이는 부호가 있는 숫자로 "목 부분에서 압력이 떨어졌다"는 것을 나타냅니다.
- 에너지 보존의 관점에서 수평 파이프에서 속도가 증가하는 곳에서 유체의 압력이 감소해야 하는 이유를 설명하십시오.
실험 밖에서의 활용
- 기화기와 향수 분무기는 벤투리 효과를 이용해 좁은 목 부분에서 두 번째 유체를 끌어들입니다. 압력 변화 데이터를 이용해, 그 저압 영역이 옆 관을 통해 액체를 위로 끌어올릴 수 있는 이유를 설명하세요.
- fluid-wing 실험은 물 대신 공기를 사용하는 동일한 연속성 + Bernoulli 모델을 사용합니다. 동일한 속도와 면적에 대해 압력 차이가 더 크거나 더 작을 것으로 예상하십니까? 왜?
- AP Physics 1 — Unit 8: Fluids
- General High School Physics — Fluids & pressure
- NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law
- 벤투리관에 오신 것을 환영합니다
- 재생을 누르세요
- 빠른 목, 낮은 압력
- 검사기 열기
- 잘 하셨습니다!
대화형 시뮬레이션을 열어 장면을 빌드하고 재생을 누른 뒤, 실시간 측정 및 가이드 튜토리얼과 함께 탐구해 보세요.