Venturi efektas: greičiau — mažesnis slėgis
1 · Spėk
Vanduo teka per vamzdį, kuris viduryje susiaurėja, kaip žarna su nykščiu ant galo. Kas atsitinka vandens slėgiui siaurojoje dalyje?
- Slėgis didėja siaurojoje dalyje, nes vanduo labiau suslegtas.
- Slėgis mažėja siaurojoje dalyje, nes vanduo greitėja.
- Slėgis lieka toks pat visame kelyje — keičiasi tik greitis.
2 · Paruošk
- Atidaryk „Venturi efektas“ eksperimentą ir spausk Atstatyti. Vanduo teka pastoviai per vamzdį su plačiąja dalimi (A₁) ir siauruoju kakleliu (A₂).
- Įjunk kaklelio greičio ir slėgio kritimo rodmenis.
- Nustatyk plačiosios dalies plotą, kaklelio plotą ir įėjimo greitį kiekvienam bandymui bei užsirašyk kaklelio greičio ir slėgio kritimo rodmenis.
3 · Rink duomenis
| Plačiosios dalies plotas A₁ (m²) | Kaklelio plotas A₂ (m²) | Įtekėjimo greitis v₁ (m/s) | Greitis kaklelyje v₂ (m/s) | Slėgio pokytis 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 |
Braižyk slėgio pokytį ΔP (y ašis) prieš kaklelio greitį v₂ (x ašis) savo trims bandymams.
4 · Analizuok
- Vienam bandymui apskaičiuok v₂ = A₁v₁/A₂ iš srauto tvermės, tada ΔP = P₂ − P₁ = ½ρ(v₁² − v₂²) iš Bernulio lygties. Palygink abu su rodmenimis — ΔP gaunasi neigiamas, ir būtent taip atrodo „slėgis kaklelyje nukrito“ kaip ženklas turintis skaičius.
- Paaiškink energijos tvermės požiūriu, kodėl skysčio slėgis turi kristi ten, kur jo greitis didėja horizontaliame vamzdyje.
5 · Išplėsk
- Karbiuratoriai ir kvepalų purkštukai naudoja Venturi efektą antram skysčiui įsiurbti siaurajame kaklelyje. Naudodamas savo slėgio pokyčio duomenis paaiškink, kodėl žemo slėgio regionas ten gali traukti skysčį aukštyn per šoninį vamzdelį.
- Sparno eksperimentas naudoja tą patį srauto tvermės + Bernulio modelį su oru vietoj vandens. Ar tikėtumeisi slėgių skirtumą didesnį ar mažesnį tiems patiems greičiams ir plotams? Kodėl?
Fizika už šio eksperimento
Srauto tvermės lygtis
Nesuslegiamam skysčiui vamzdyje srautas (plotas × greitis) turi būti toks pat visame vamzdyje: A₁v₁ = A₂v₂. Vamzdžio susiaurinimas verčia skystį greitėti.
Bernulio lygtis
Išilgai horizontalios srauto linijos skysčio slėgis plius kinetinė energija tūrio vienetui išlieka pastovus: P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂². Kur greitis didėja, slėgis turi mažėti kompensuodamas.