Ефект Вентурі: швидше — тиск нижчий
1 · Прогноз
Вода тече трубою, що посередині звужується, як садовий шланг із пальцем на кінці. Що стається з тиском води у вузькій частині?
- Тиск зростає у вузькій частині, бо вода більше стиснена.
- Тиск падає у вузькій частині, бо вода прискорюється.
- Тиск той самий усюди — змінюється лише швидкість.
2 · Установка
- Відкрийте пресет «Трубка Вентурі» та натисніть «Скинути». Вода рівномірно тече трубою з широкою секцією (A₁) і вузьким звуженням (A₂).
- Увімкніть покази швидкості у звуженні та падіння тиску.
- Задайте площу широкої секції, площу звуження та вхідну швидкість для кожного заміру і запишіть покази швидкості у звуженні та падіння тиску.
3 · Збір даних
| Площа широкої секції A₁ (m²) | Площа звуження A₂ (m²) | Вхідна швидкість v₁ (m/s) | Швидкість у звуженні v₂ (m/s) | Зміна тиску 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 |
Побудуйте графік зміни тиску ΔP (вісь y) проти швидкості у звуженні v₂ (вісь x) для трьох замірів.
4 · Аналіз
- 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.
5 · Поглиблення
- 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?
Фізика цього експерименту
Рівняння нерозривності
Для нестисливої рідини в трубі витрата (площа × швидкість) мусить бути однаковою вздовж усієї труби: A₁v₁ = A₂v₂. Звуження труби змушує рідину прискорюватися.
Рівняння Бернуллі
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.