文丘里效应：加速，压力下降
1·预测
水流过中途变窄的管道，就像一根拇指放在末端的花园软管。狭窄部分的水压会发生什么变化？
- 由于水受到更大的压缩，因此狭窄部分的压力会增加。
- 由于水流速度加快，狭窄部分的压力降低。
- 压力始终保持不变——只有速度发生变化。
2·设置
- 打开「文丘里效应：加速，压力下降（fluid-venturi）」预设并按重置。水稳定地流过截面宽 (A₁) 和喉部窄 (A2) 的管道。
- 启用喉部速度与压降读数。
- 为每次试验设定宽段面积、喉部面积与入口速度，并记录喉部速度与压降读数。
3·收集数据
| 宽截面积A₁ (m²) | 喉部面积 A2 (m²) | 入口速度 v₁ (m/s) | 喉速 v2 (m/s) | 压力变化 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 |
针对三次试验，绘制压力变化ΔP（y轴）相对喉部速度v₂（x轴）的关系图。
4·分析
- 对于其中一次试验，先由连续性方程计算v₂ = A₁v₁/A₂，再由伯努利方程计算ΔP = P₂ − P₁ = ½ρ(v₁² − v₂²)。将两者与读数比较——ΔP的结果为负值，这正是“喉部压力下降了”用带符号的数字表示出来的样子。
- 从能量守恒的角度解释为什么流体在水平管道中速度增加时压力必须下降。
5·扩展
- 化油器和香水喷雾器利用文丘里效应，在狭窄的喉部吸入第二种流体。请用你的压力变化数据解释，为什么那里的低压区域能够透过侧管把液体向上吸起。
- fluid-wing 实验使用相同的连续性 + 伯努利模型，用空气代替水。对于相同的速度和面积，您预计压力差会更大还是更小？为什么？
这个实验背后的物理原理
连续性方程
对于管道中的不可压缩流体，流量（面积×速度）在管道各处必须相同：A₁v₁ = A₂v₂。管道变窄会迫使流体加速。
伯努利方程
沿水平流线，流体的压力加上其单位体积动能保持不变：P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂²。速度增大的地方，压力必须相应减小以补偿。