Venturi-effekten: Högre fart, lägre tryck
1 · Förutsäg
Vatten strömmar genom ett rör som smalnar av halvvägs, som en trädgårdsslang med tummen för änden. Vad händer med vattnets tryck i den trånga delen?
- Trycket ökar i den trånga delen eftersom vattnet är mer komprimerat.
- Trycket minskar i den trånga delen eftersom vattnet ökar farten.
- Trycket är detsamma hela vägen — bara farten ändras.
2 · Uppbyggnad
- Öppna förinställningen Venturi och tryck på Återställ. Vatten strömmar jämnt genom ett rör med en bred del (A₁) och en trång hals (A₂).
- Aktivera avläsningarna av halshastighet och tryckfall.
- Ställ in den breda delens area, halsens area och inloppshastigheten för varje försök, och notera avläsningarna av halshastighet och tryckfall.
3 · Samla data
| Arean för den breda delen A₁ (m²) | Halsarea A₂ (m²) | Inloppshastighet v₁ (m/s) | Halshastighet v₂ (m/s) | Tryckändring 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 |
Rita tryckändringen ΔP (y-axeln) mot halshastigheten v₂ (x-axeln) för dina tre försök.
4 · Analysera
- Beräkna för ett försök v₂ = A₁v₁/A₂ ur kontinuiteten, sedan ΔP = P₂ − P₁ = ½ρ(v₁² − v₂²) ur Bernoullis ekvation. Jämför båda med avläsningarna — ΔP blir negativt, vilket är så "trycket föll i halsen" ser ut som ett tal med tecken.
- Förklara, med energibevarande, varför en fluids tryck måste sjunka där dess fart ökar i ett horisontellt rör.
5 · Utvidga
- Förgasare och parfymsprayer använder Venturi-effekten för att dra in en andra fluid vid den trånga halsen. Använd dina tryckändringsdata för att förklara varför ett lågtrycksområde där kan suga upp vätska genom ett sidorör.
- Experimentet med vingprofilen använder samma modell (kontinuitet + Bernoulli) med luft i stället för vatten. Skulle du förvänta dig att tryckskillnaden blir större eller mindre för samma farter och areor? Varför?
Fysiken bakom det här experimentet
Kontinuitetsekvationen
För en okompressibel fluid i ett rör måste volymströmmen (area × fart) vara densamma överallt längs röret: A₁v₁ = A₂v₂. En förträngning av röret tvingar fluiden att öka farten.
Bernoullis ekvation
Längs en horisontell strömningslinje förblir en fluids tryck plus dess rörelseenergi per volym konstant: P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂². Där farten ökar måste trycket minska för att kompensera.