Come si gioca a Il tubo di Venturi
- Scegli una prova e leggi le aree o i diametri, e la velocità o la differenza tra le colonne, sulla scheda.
- Ogni secondo attraverso ogni sezione passa lo stesso volume: A₁·v₁ = A₂·v₂, quindi più stretto significa più veloce.
- L'acqua più veloce ha una pressione più bassa: Δp = ½·ρ·(v₂² − v₁²), e una colonna scende di Δp ÷ (ρ·g). Scrivi la tua previsione e premi Avvia.
- Guarda le colonne e le barre: ciò che l'acqua guadagna in moto, lo perde in pressione.
Perché l'acqua più veloce spinge di meno?
L'acqua non si comprime, quindi ogni secondo lo stesso volume deve passare attraverso ogni parte di un tubo: Q = A·v. Dove il tubo si restringe, l'acqua deve accelerare. Qualcosa deve spingerla ad accelerare, e quella spinta viene dalla pressione: l'acqua è spinta più forte da dietro che da davanti, quindi la pressione nella parte stretta è più bassa. Il principio di Bernoulli lo quantifica: lungo un flusso, p + ½·ρ·v² + ρ·g·z resta costante, quindi pressione, moto e altezza si scambiano tra loro. In un tubo orizzontale, Δp = ½·ρ·(v₂² − v₁²). Le colonne aperte sul tubo lo mostrano: la colonna sopra la parte stretta è Δp ÷ (ρ·g) più bassa. Rovesciando il ragionamento si ottiene un venturimetro: dalla differenza tra le colonne e dalle aree si ricava quanto velocemente scorre l'acqua. Un ugello usa la stessa idea per trasformare la pressione di una canna in un getto veloce, e una fontana trasforma quella velocità in altezza, h = v² ÷ (2·g).
Un modello di apprendimento mirato
Il tubo è orizzontale, l'acqua non si comprime e l'attrito è trascurato, quindi A₁·v₁ = A₂·v₂ e p + ½·ρ·v² è lo stesso nelle due sezioni. Nei tubi il flusso si stabilisce in modo uniforme in 1 s e poi resta costante; le colonne mostrano la pressione sopra quella dell'aria, p ÷ (ρ·g). Il getto dell'ugello esce a pressione atmosferica. L'acqua della fontana esce di colpo e sale come una palla lanciata, senza resistenza dell'aria. Una prova dura 2 s. I tubi non sono in scala; la fontana sì. Le risposte entro il 2% sono giuste. L'acqua è 1000 kg/m³; g = 9,8 m/s². Si svolge in tempo reale.