Venturi Etkisi: Hızlanma, Basınç Düşme
1 · Tahmin Et
Su, başparmağınız ucuna gelecek şekilde, bahçe hortumu gibi kısmen daralan bir borunun içinden akar. Dar bölümde suyun basıncına ne olur?
- Dar kısımda su daha fazla sıkıştırıldığı için basınç artar.
- Dar kısımda su hızlandığı için basınç düşer.
- Basınç baştan sona aynı kalır; yalnızca hız değişir.
2 · Kurulum
- Sıvı-venturi ön ayarını açın ve Sıfırla'ya basın. Su, geniş kesitli (A₁) ve dar boğazlı (A₂) bir borudan düzenli olarak akar.
- Boğaz hızı ve basınç düşüşü okumalarını etkinleştirin.
- Her deneme için geniş kesit alanını, boğaz alanını ve giriş hızını ayarlayın ve boğaz hızını ve basınç düşüşü okumalarını kaydedin.
3 · Veri Toplayın
| Geniş kesit alanı A₁ (m²) | Boğaz bölgesi A₂ (m²) | Giriş hızı v₁ (m/s) | Boğaz hızı v₂ (m/s) | Basınç değişimi 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 |
Üç denemeniz için basınç değişimini ΔP (y ekseni) boğaz hızına karşı v₂ (x ekseni) çizin.
4 · Analiz et
- Bir deneme için süreklilikten v₂ = A₁v₁/A₂'yi, ardından Bernoulli denkleminden ΔP = P₂ − P₁ = ½ρ(v₁² − v₂²)'yi hesaplayın. Her ikisini de okumalarla karşılaştırın — ΔP negatif çıkar; bu da işaretli bir sayı olarak "boğazda basınç düştü" ifadesinin karşılığıdır.
- Enerji tasarrufu açısından, yatay bir boruda hızı arttığında akışkanın basıncının neden düşmesi gerektiğini açıklayın.
5 · Uzat
- Karbüratörler ve parfüm atomizörleri, dar boğazdan ikinci bir sıvıyı çekmek için Venturi etkisini kullanır. Basınç değişimi verilerinizi kullanarak, oradaki düşük basınç bölgesinin neden sıvıyı yan borudan yukarı doğru çekebildiğini açıklayın.
- Akışkan kanat deneyi, su yerine hava ile aynı süreklilik + Bernoulli modelini kullanır. Aynı hız ve alanlar için basınç farkının daha büyük veya daha küçük olmasını bekler miydiniz? Neden?
Bu Deneyin Arkasındaki Fizik
Süreklilik Denklemi
Bir borudaki sıkıştırılamaz bir akışkan için akış hızı (alan x hız) boru boyunca her yerde aynı olmalıdır: A₁v₁ = A₂v₂. Borunun daraltılması sıvının hızlanmasına neden olur.
Bernoulli Denklemi
Yatay bir akım çizgisi boyunca, bir akışkanın basıncı artı hacim başına kinetik enerjisi sabit kalır: P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂². Hız arttığında bunu telafi etmek için basıncın azalması gerekir.