Venturiho efekt: rýchlejšie, nižší tlak
1 · Predikuj
Voda tečie rúrkou, ktorá sa v polovici zužuje, ako záhradná hadica s palcom na konci. Čo sa stane s tlakom vody v úzkom úseku?
- Tlak rastie v úzkom úseku, pretože voda je viac stlačená.
- Tlak klesá v úzkom úseku, pretože voda zrýchli.
- Tlak zostáva rovnaký v celku — mení sa len rýchlosť.
2 · Priprav
- Otvor predvolbu Venturi a stlač Resetovať. Voda prúdi stabilne rúrkou so širokým úsekom (A₁) a úzkym hrdlom (A₂).
- Zapni odčítania rýchlosti v hrdle a poklesu tlaku.
- Nastav plochu širokého úseku, plochu hrdla a vstupnú rýchlosť pre každý pokus a zaznamenaj odčítania rýchlosti v hrdle a poklesu tlaku.
3 · Zbieraj údaje
| Plocha širokého úseku A₁ (m²) | Plocha hrdla A₂ (m²) | Vstupná rýchlosť v₁ (m/s) | Rýchlosť v hrdle v₂ (m/s) | Zmena tlaku 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 |
Zaznamenaj zmenu tlaku ΔP (os y) verzus rýchlosť v hrdle v₂ (os x) pre svoje tri pokusy.
4 · Analyzuj
- Pre jeden pokus vypočítaj v₂ = A₁v₁/A₂ z kontinuity, potom ΔP = P₂ − P₁ = ½ρ(v₁² − v₂²) z Bernoulliho rovnice. Porovnaj obe s odčítaniami — ΔP vyjde záporné, čo je „tlak v hrdle klesol“ v podobe znamienkového čísla.
- Vysvetli v termínoch zachovania energie, prečo tlak kvapaliny musí klesnúť tam, kde jej rýchlosť rastie vo vodorovnej rúrke.
5 · Rozšír
- Karburátory a parfémové atomizéry používajú Venturiho efekt na nasávanie druhej kvapaliny v úzkom hrdle. Pomocou svojich údajov o zmene tlaku vysvetli, prečo oblasť nízkého tlaku tam môže vytiahnuť kvapalinu nahor bočnou trubičkou.
- Experiment krídlo používa tento istý model kontinuity + Bernoulliho vzťah so vzduchom namiesto vody. Očakával by si väčší alebo menší rozdiel tlakov pri rovnakých rýchlostiach a plochách? Prečo?
Fyzika za týmto experimentom
Rovnica kontinuity
Pre nestlačiteľnú kvapalinu v rúrke musí byť prietok (plocha × rýchlosť) rovnaký všade pozdĺž rúrky: A₁v₁ = A₂v₂. Zúženie rúrky núti kvapalinu zrýchliť.
Bernoulliho rovnica
Pozdĺž vodorovnej prúdnice zostáva tlak kvapaliny plus jej kinetická energia na jednotku objemu konštantná: P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂². Kde rýchlosť rastie, tlak musí klesnúť na kompenzáciu.