Apliko de la principo kaj ekvacio de Bernulli

Apliko de la principo kaj ekvacio de Bernulli

Teoremo de Torriceli

Apliko de la principo de Bernulli kaj ekvacio 1Unu uzo de la ekvacio de Bernoulli estas kalkuli la rapidon de likvaĵo eliranta el la fundo de ujo.

Ni aplikas la ekvacion de Bernoulli al punkto 1 (la surfaco de la ujo) kaj punkto 2 (la surfaco de la truo). Ĉar la diametro de la truo ĉe la fundo de la ujo estas multe pli malgranda ol la diametro de la ujo, la rapido de la likvaĵo ĉe la surfaco de la ujo estas supozata esti nulo (v1 = 0). La surfaco de la ujo kaj la surfaco de la truo estas malfermitaj tiel ke la premo egalas al la atmosfera premo (P1 = P2 ) . Tiel, la ekvacio de Bernoulli por ĉi tiu kazo estas:

Apliko de la principo de Bernulli kaj ekvacio 2

Se ni volas kalkuli la rapidon de la likva fluo en la truo ĉe la fundo de la ujo, tiam ĉi tiu ekvacio ŝanĝiĝas al:

Apliko de la principo de Bernulli kaj ekvacio 3

Laŭ ĉi tiu ekvacio, la fluorapideco de akvo tra truo je distanco h de la surfaco de la ujo egalas al la fluorapideco de akvo falanta libere je distanco h (komparu kun la libera falmovo). Ĉi tio estas konata kiel la teoremo de Torricelli . Ĉi tiun teoremon malkovris Torricelli, studento de Gallileo, jarcenton antaŭ ol Bernoulli malkovris sian ekvacion.

Venturi-efiko 

Aldone al la teoremo de Torricelli, la ekvacio de Bernoulli ankaŭ aplikeblas al aliaj specialaj kazoj, nome kiam fluido fluas en tubsekcioj kiuj estas preskaŭ je la sama alteco (malgranda altecodiferenco). Por kompreni... plumojPro tio, observu la bildon. Apliko de la principo de Bernulli kaj ekvacio 4

En la supra bildo, ŝajnas ke la alto de la tubo, kaj la parto kun la granda sekco kaj la parto kun la malgranda sekco, estas preskaŭ la sama, do ili estas konsiderataj samaltaj. Kiam aplikite al ĉi tiu kazo, la ekvacio de Bernoulli ŝanĝiĝas al:

Apliko de la principo de Bernulli kaj ekvacio 5Kiam la fluido pasas tra sekcio de tubo kun malgranda transversa sekco (A2), tiam la fluidrapideco pligrandiĝas. Laŭ la principo de Bernulli, se la fluidrapideco pligrandiĝas, la fluidpremo malpligrandiĝas. La fluidpremo en la mallarĝa parto de la tubo estas pli malgranda, sed la fluidflukvanto estas pli granda.

Ĉi tio estas konata kiel la Venturi-efiko kaj kvante montras, ke se la fluida flukvanto estas alta, la fluida premo estos malalta. Male, se la fluida flukvanto estas malalta, la fluida premo estos alta.

Venturi-mezurilo

Interesa apliko de la venturi-efiko estas la venturi-mezurilo. Ĉi tiu instrumento estas uzata por mezuri flukvanton de fluidoj, ekzemple kalkuli la flukvanton de akvo aŭ oleo tra tubo. Ekzistas du tipoj de venturi-mezuriloj: tiuj sen manometro kaj tiuj, kiuj uzas manometron plenigitan per alia fluido, kiel ekzemple hidrargo. La funkciprincipo estas la sama.

Venturi-mezurilo sen manometro

Apliko de la principo de Bernulli kaj ekvacio 6La suba bildo montras venturi-mezurilon uzatan por mezuri la flukvanton de likvaĵo en tubo.

Kiam la likvaĵo pasas tra tubsekcio kun malgranda transversa sekcio (A₂ ) , la likva rapido pliiĝas. Laŭ la principo de Bernulli, se la likva rapido pliiĝas, la likva premo malpliiĝas. Do la likva premo ĉe la granda transversa sekcio estas pli granda ol la likva premo ĉe la malgranda transversa sekcio (P₁ > P₂ ) . Male, v₂ > v₁

Apliko de la principo de Bernulli kaj ekvacio 7

Kio estas serĉata estas la flukvanto de la likvaĵo ĉe granda sekco (v₁ ) . Ni anstataŭigas v₂ en ekvacio 1 per v₂ en ekvacio 2.

Apliko de la principo de Bernulli kaj ekvacio 8

Por kalkuli la premon de la fluido je certa profundo, oni uzas la ekvacion:

p = ρ gh → Ekvacio a

Se la diferenco en fluidaj densecoj estas tre malgranda, tiam uzu ĉi tiun ekvacion por determini la premdiferencon ĉe malsamaj altoj. Tiel, ekvacio a povas esti ŝanĝita al:

Δp = ρg Δh

Por la supra kazo, ĉi tiu ekvacio povas esti ŝanĝita al:

p 1 − p 2 = ρ gh → Ekvacio b

Nun ni anstataŭigas p₁ - p₂ en ekvacio 3, per p₁ - p₂ en ekvacio b:

Apliko de la principo de Bernulli kaj ekvacio 9

Ĉar la likvaĵoj estas samaj, la densecoj ankaŭ devas esti samaj. Forigu ρ el la ekvacio.

Apliko de la principo de Bernulli kaj ekvacio 10

Pitot-tubo

Se venturi-mezurilo estas uzata por mezuri la flukvanton de likvaĵoj, tiam pitot-tubo estas uzata por mezuri la flukvanton de gasoj aŭ aero. La truo ĉe punkto 1 estas paralela al la aerfluo. La pozicio de ĉi tiuj du truoj estas farita sufiĉe malproksime de la Apliko de la principo de Bernulli kaj ekvacio 11la fino de la pitot-tubo, tiel ke la rapido kaj premo de la aero ekster la truo estas samaj kiel la rapido kaj premo de la libere fluanta aero. En ĉi tiu kazo, v1 = libere fluanta aerfluo (jen kion ni mezuros) kaj la premo sur la maldekstra kruro de la manometro (maldekstra tubo) = libere fluanta aerpremo (P1).

La truo kondukanta al la dekstra kruro de la manometro estas perpendikulara al la aerfluo. Tial, la aerfluo tra ĉi tiu truo (la meza parto) malpliiĝas kaj la aero haltas kiam ĝi atingas punkton 2. En ĉi tiu kazo, v² = 0. La premo ĉe la dekstra kruro de la manometro egalas al la aerpremo ĉe punkto 2 (P² ) . La altoj de punktoj 1 kaj 2 estas preskaŭ samaj (la diferenco ne estas tro granda), do ĝi povas esti ignorata.

Apliko de la principo de Bernulli kaj ekvacio 12

Premdiferenco (P² - P¹ ) = hidrostatika premo de la likvaĵo en la manometro (la nigra koloro en la manometro estas la likvaĵo, hidrargo). Matematike, ĝi povas esti skribita jene:

p 2 − p 1 = ρ ' gh → Ekvacio 2

ρ' = denseco de likvaĵo en la manometro

Rigardu ekvacion 1 kaj ekvacion 2. La maldekstra flanko egalas al (P² - P¹ ) . Tial, ekvacioj 1 kaj 2 povas esti ŝanĝitaj por aspekti jene:

Apliko de la principo de Bernulli kaj ekvacio 13

Parfuma ŝprucigilo

Apliko de la principo de Bernulli kaj ekvacio 14Jen ĝenerala superrigardo, tamen ĉiu fabriko havas malsaman dezajnon.

Ĝenerale, la funkcianta principo de parfumŝprucigilo povas esti priskribita jene (rigardante la bildon). Kiam la kaŭĉuka pilko estas premata, la aero en la kaŭĉuka pilko elŝprucas tra tubo 1. Tial, la aero en tubo 1 havas pli altan rapidecon. Ĉar la aerrapido estas alta, la aerpremo en tubo 1 malaltiĝas. Male, la aero en tubo 2 havas pli malaltan rapidecon. La aerpremo en tubo 2 estas pli alta. Rezulte, la parfumlikvaĵo estas puŝata supren. Kiam la parfumlikvaĵo atingas tubon 1, la aero, kiu elŝprucas el la kaŭĉuka pilko, puŝas ĝin eksteren... La parfumlikvaĵo fine elŝprucas, malsekigante la korpon...

Kutime la truoj estas malgrandaj, do la parfumo rapide elglitas.

Trinku per pipeto aŭ sifono

Ĉu vi iam trinkis glaciteon aŭ siropon per pipeto? Kiam ni suĉas aŭ sorbas akvon per pipeto, ni fakte igas la aeron en la pipeto moviĝi pli rapide. En ĉi tiu kazo, la aero en la pipeto ligita al nia buŝo havas pli altan rapidecon. Rezulte, la aerpremo en la parto de la pipeto fariĝas pli malalta. La aero en la parto de la pipeto pli proksima al la trinkaĵo havas pli malaltan rapidecon. Ĉar ĝia rapideco estas pli malalta, la premo estas pli granda. Ĉi tiu diferenco en aerpremo estas tio, kio igas la akvon aŭ trinkaĵon, kiun ni trinkas, flui en nian buŝon. En ĉi tiu kazo, la likvaĵo moviĝas de la parto de la pipeto kun alta aerpremo al la parto de la pipeto kun malalta aerpremo.

Kamentubo

Ĉu vi iam vidis kamentubon? Se vi loĝas en urbo kiel Surabajo, Semarango, Ĝakarto, ktp., vi verŝajne vidis fabrikajn kamentubojn. Kial fumo leviĝas tra kamentubo? Unue, la fumo de brulado estas varmega. Pro la alta temperaturo, la aerdenseco estas malalta. Aero kun malalta denseco facile flosas, aŭ leviĝas. Ĉi tio ne estas la sola kialo... la principo de Bernulli ankaŭ estas implikita.

Due, la principo de Bernulli asertas, ke se la aerfluo estas alta, la premo estas malalta, kaj inverse, se la aerfluo estas malalta, la premo estas alta. La supro de la kamentubo estas ekstere. Estas vento blovas ĉe la supro de la kamentubo, do la ĉirkaŭa aerpremo estas pli malalta. Ene de fermita ĉambro, ne estas vento blovas, do la aerpremo estas pli alta. Tial, la fumo estas direktita eksteren tra la kamentubo. Aero moviĝas de areoj kun alta aerpremo al areoj kun malalta aerpremo.

Apliko de la principo de Bernulli kaj ekvacio 15

Ratoj ankaŭ konas la principon de Bernulli

Rigardu la suban bildon. Ĝi estas bildo de mustruo en la tero. Musoj ankaŭ komprenas la principon de Bernulli.

i. La ratoj ne volis morti pro sufokado, do ili fosis du truojn je malsamaj altoj. Pro la diferenco en la grundnivelo, la aero estis premita unu kontraŭ la alia. Estas simile al akvo fluanta de tubo kun granda sekco al tubo kun malgranda sekco. Pro la dispremado, la aerrapideco pliiĝas kaj la aerpremo malpliiĝas.

Pro la diferenco en aerpremo, aero estas devigita flui tra la mustruo. Aero fluas de areoj kun alta aerpremo al areoj kun malalta aerpremo.

Aviadila Lifto-Forto

Unu el la faktoroj, kiuj permesas al aviadiloj flugi, estas la ĉeesto de flugiloj. Aviadilflugiloj estas kurbaj, kun la antaŭa parto pli dika ol la malantaŭa. Ĉi tiu flugilformo nomiĝas aertavoleto. Ĉi tiu ideo estis kopiita de birdoflugiloj, kiuj ankaŭ havas similan formon (kurba kaj pli dika antaŭa parto). La diferenco estas, ke birdoflugiloj povas esti flugilbatitaj, dum aviadilflugiloj ne povas. Birdoj povas flugi ĉar ili flugilbatas, kreante fluon de aero pasanta super ambaŭ flankoj de la flugiloj. Por permesi al aero flui super ambaŭ flankoj de la flugiloj de la aviadilo, la aviadilo devas esti movita antaŭen. Homoj uzas motorojn por movi aviadilojn.

Apliko de la principo de Bernulli kaj ekvacio 16La antaŭa parto de la flugilo estas desegnita por kurbiĝi supren. Aero fluanta de sube puŝiĝas kun sia ekvivalento supre, tre simile al akvo fluanta de tubo kun granda sekco al tubo kun mallarĝa sekco. Rezulte, la aerrapideco super la flugilo pliiĝas. Ĉar la aerrapideco pliiĝas, la aerpremo malpliiĝas. Male, la aerflua rapido sub la flugilo estas pli malalta ĉar la aero estas malpli densa (la aerpremo estas pli granda). Ĉi tiu premdiferenco kaŭzas, ke la flugiloj de la aviadilo estas puŝataj supren.

La principo de Bernulli estas nur unu faktoro, kiu kaŭzas leviĝon de aviadilo. Alia faktoro estas la movokvanto. Tipe, aviadilflugiloj estas iomete klinitaj supren. Aero, kiu trafas la malsupran flankon de la flugilo, estas deviigita malsupren. Ĉar aviadiloj havas du flugilojn, unu maldekstre kaj unu dekstre, la deviigita aero kolizias unu kun la alia. La ŝanĝo en movokvanto de la koliziantaj aermolekuloj produktas plian levforton.

Ĉar la flugilo kurbiĝas malsupren al la vosto, la aero estas devigita de la flugilo flui malsupren. Laŭ la Tria Leĝo de Neŭtono, ĉiu agoforto havas reakcian forton. Ĉar la flugilo devigas la aeron malsupren, la aero devas devigi la flugilon supren. En ĉi tiu kazo, la aero penas leviĝon sur la flugilo. Do, la principo de Bernulli ne estas la sola faktoro, kiu kaŭzas leviĝon de aviadilo.

Fiŝkaptistoj ankaŭ konas la principon de Bernulli

Ĉu vi iam estis sur velboato? Fiŝkaptistoj ankaŭ scias kiel funkcias la principo de Bernulli 😉

Lasi komenton