Venturi efekts: ātrums aug, spiediens krītas
1 · Prognozē
Ūdens plūst caur cauruli, kas pa daļai sašaurinās, kā dārza šļūtene ar īkšķi pāri galam. Kas notiek ar ūdens spiedienu šaurajā daļā?
- Spiediens aug šaurajā daļā, jo ūdens ir vairāk saspiests.
- Spiediens krītas šaurajā daļā, jo ūdens paātrinās.
- Spiediens paliek tas pats visur — mainās tikai ātrums.
2 · Iestati
- Atver Venturi eksperimentu un nospied Atiestatīt. Ūdens plūst pastāvīgi caur cauruli ar platu daļu (A₁) un šauru kakliņu (A₂).
- Ieslēdz kakliņa ātruma un spiediena krituma rādījumus.
- Iestati platās daļas laukumu, kakliņa laukumu un ieejas ātrumu katram mēģinājumam un ieraksti kakliņa ātruma un spiediena krituma rādījumus.
3 · Vāc datus
| Platās daļas laukums A₁ (m²) | Kakliņa laukums A₂ (m²) | Ieejas ātrums v₁ (m/s) | Kakliņa ātrums v₂ (m/s) | Spiediena izmaiņa 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 |
Zīmē spiediena izmaiņu ΔP (y ass) pret kakliņa ātrumu v₂ (x ass) saviem trim mēģinājumiem.
4 · Analizē
- Vienam mēģinājumam izrēķini v₂ = A₁v₁/A₂ no nepārtrauktības, tad ΔP = P₂ − P₁ = ½ρ(v₁² − v₂²) no Bernoulli vienādojuma. Salīdzini abus ar rādījumiem — ΔP iznāk negatīvs, un tieši tā izskatās „spiediens kakliņā nokrita” kā zīmēts skaitlis.
- Izskadyro, enerģijas saglabāšanās terminos, kāpēc šķidruma spiedienam jākrīt tur, kur tā ātrums aug horizontālā caurulē.
5 · Paplašina
- Karburatori un smaržu smidzinātāji izmanto Venturi efektu, lai iesūktu otru šķidrumu šaurajā kakliņā. Izmantojot savus spiediena izmaiņas datus, izskaidro, kāpēc zema spiediena apgabals tur var vilkt šķidrumu augšup caur sāna cauruli.
- Spārna eksperiments izmanto to pašu nepārtrauktības + Bernoulli modeli ar gaisu ūdens vietā. Vai tu sagaidītu, ka spiediena starpība būtu lielāka vai mazāka tiem pašiem ātrumiem un laukumiem? Kāpēc?
Fizika aiz šī eksperimenta
Nepārtrauktības vienādojums
Nesaspiežamam šķidrumam caurulē caurplūde (laukums × ātrums) jābūt vienādai visur gar cauruli: A₁v₁ = A₂v₂. Caurules sašaurināšana piespiež šķidrumu paātrināties.
Bernoulli vienādojums
Gar horizontālu plūsmas līniju šķidruma spiediens plus tā kinētiskā enerģija uz tilpumu paliek nemainīgs: P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂². Kur ātrums aug, spiedienam jākrīt, lai kompensētu.