Механіка рідин

Трубка Вентурі

Спостерігайте, як потік прискорюється у вузькому горлі — тиск падає (Бернуллі).

Трубка Вентурі — інтерактивне моделювання: Механіка рідин. Спостерігайте, як потік прискорюється у вузькому горлі — тиск падає (Бернуллі). Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

Ефект Бернуллі

У трубці Вентурі рідина прискорюється у вузькому звуженні, і тиск падає.

Збереження маси вимагає швидшого потоку там, де переріз менший. Рівняння Бернуллі пов'язує вищу швидкість із нижчим тиском у звуженні.

• A₁v₁ = A₂v₂
• P + ½ρv² = константа

Короткий опис дослідження

Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію

Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.

Рушійне запитання

Вода тече трубою, що посередині звужується, як садовий шланг із пальцем на кінці. Що стається з тиском води у вузькій частині?

Прогнози для зважування

• Тиск зростає у вузькій частині, бо вода більше стиснена.
• Тиск падає у вузькій частині, бо вода прискорюється.
• Тиск той самий усюди — змінюється лише швидкість.

Ролі змінних

Що ви задаєте:

• Площа широкої секції A₁ (m²)
• Площа звуження A₂ (m²)
• Вхідна швидкість v₁ (m/s)

Що ви вимірюєте:

• Швидкість у звуженні v₂ (m/s)
• Зміна тиску ΔP = P₂ − P₁ (kPa)

Як проходить дослідження

1. Відкрийте пресет «Трубка Вентурі» та натисніть «Скинути». Вода рівномірно тече трубою з широкою секцією (A₁) і вузьким звуженням (A₂).
2. Увімкніть покази швидкості у звуженні та падіння тиску.
3. Задайте площу широкої секції, площу звуження та вхідну швидкість для кожного заміру і запишіть покази швидкості у звуженні та падіння тиску.

Керівне рівняння

Рівняння нерозривності — A₁·v₁ = A₂·v₂

Для нестисливої рідини в трубі витрата (площа × швидкість) мусить бути однаковою вздовж усієї труби: A₁v₁ = A₂v₂. Звуження труби змушує рідину прискорюватися.

Рівняння Бернуллі — P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂²

Вздовж горизонтальної лінії струму сума тиску та кінетичної енергії на одиницю об'єму рідини стала: P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂². Де швидкість зростає, тиск мусить зменшитися для компенсації.

Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити

• Для одного заміру обчисліть v₂ = A₁v₁/A₂ з нерозривності, потім ΔP = P₂ − P₁ = ½ρ(v₁² − v₂²) з рівняння Бернуллі. Порівняйте обидва з показами — ΔP виходить від'ємним, і саме так виглядає «тиск упав у звуженні» як число зі знаком.
• Поясніть в термінах збереження енергії, чому тиск рідини мусить падити там, де її швидкість зростає в горизонтальній трубі.

Де це трапляється за межами лабораторії

• Карбюратора і парфумні пульверизатори використовують ефект Вентурі, щоб усмоктувати другу рідину у вузькому звуженні. Використовуючи свої дані зміни тиску, поясніть, чому область низького тиску там може тягнути рідину вгору крізь бічну трубку.
• Експеримент «Крило літака» використовує ту саму модель нерозривність + Бернуллі з повітрям замість води. Ви очикуєте, що різниця тисків буде більшою чи меншою для тих самих швидкостей і площ? Чому?

• AP Physics 1 — Unit 8: Fluids
• General High School Physics — Fluids & pressure
• NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law

1. Вітаємо у трубці Вентурі
2. Натисніть «Запустити»
3. Швидке горло, низький тиск
4. Відкрийте панель властивостей
5. У вас вийшло!

Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.

Відкрити інтерактивну лабораторію →

Завантажити лабораторний аркуш →

Закон Бернуллі