文丘里效應：加速，壓力降低
1·預測
水流過中途變窄的管道，就像一根拇指放在末端的花園軟管。狹窄部分的水壓會發生什麼變化？
- 由於水受到更大的壓縮，因此狹窄部分的壓力會增加。
- 由於水流速度加快，狹窄部分的壓力降低。
- 壓力始終保持不變——只有速度會改變。
2·設定
- 開啟 fluid-venturi 預設並按下 Reset。水穩定地流過截面寬 (A₁) 和喉部窄 (A2) 的管道。
- 啟用喉部速度與壓降讀數。
- 為每次試驗設定寬段面積、喉部面積與入口速度，並記錄喉部速度與壓降讀數。
3·收集數據
| 寬截面積A₁ (m²) | 喉部面積 A2 (m²) | 入口速度 v₁ (m/s) | 喉速 v2 (m/s) | 壓力變化 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 |
針對三次試驗，繪製壓力變化ΔP（Y軸）相對喉部速度v₂（x軸）的關係圖。
4·分析
- 對於其中一次試驗，先由連續性方程計算v₂ = A₁v₁/A₂，再由白努利方程計算ΔP = P₂ − P₁ = ½ρ(v₁² − v₂²)。將兩者與讀數比較——ΔP的結果為負值，這正是「喉部壓力下降了」用帶符號的數字表示出來的樣子。
- 從能量守恆的角度解釋為什麼流體在水平管道中速度增加時壓力必須下降。
5·擴展
- 化油器和香水噴霧器利用文氏效應，在狹窄的喉部吸入第二種流體。請用你的壓力變化資料解釋，為什麼那裡的低壓區域能夠透過側管把液體向上吸起。
- fluid-wing 實驗使用相同的連續性 + 白努利模型，用空氣代替水。對於相同的速度和面積，您預計壓力差會更大還是更小？為什麼？
這個實驗背後的物理原理
連續性方程
對於管道中的不可壓縮流體，流量（面積×速度）在管道各處必須相同：A₁v₁ = A₂v₂。管道變窄會迫使流體加速。
伯努利方程
沿水平流線，流體的壓力加上其單位體積動能保持不變：P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂²。速度增大的地方，壓力必須相應減小以補償。