Jak grać w Rurkę Venturiego
- Wybierz test i odczytaj z karty pola lub średnice oraz szybkość lub różnicę słupów.
- Przez każdy przekrój co sekundę przepływa ta sama objętość: A₁·v₁ = A₂·v₂, więc węższy oznacza szybszy.
- Szybsza woda ma niższe ciśnienie: Δp = ½·ρ·(v₂² − v₁²), a słup opada o Δp ÷ (ρ·g). Wpisz przewidywanie i naciśnij Start.
- Obserwuj słupy i słupki: to, co woda zyskuje w ruchu, traci w ciśnieniu.
Dlaczego szybsza woda naciska słabiej?
Woda się nie ściska, więc co sekundę przez każdą część rury musi przepłynąć ta sama objętość: Q = A·v. Tam, gdzie rura się zwęża, woda musi przyspieszyć. Coś musi ją pchnąć do przyspieszenia, a tym pchnięciem jest ciśnienie: woda jest pchana mocniej z tyłu niż z przodu, więc ciśnienie w wąskiej części jest niższe. Prawo Bernoulliego wyraża to liczbami: wzdłuż strugi p + ½·ρ·v² + ρ·g·z pozostaje stałe, więc ciśnienie, ruch i wysokość wymieniają się nawzajem. W poziomej rurze Δp = ½·ρ·(v₂² − v₁²). Pokazują to otwarte słupki na rurze: słup nad wąską częścią stoi o Δp ÷ (ρ·g) niżej. Odwróć to rozumowanie, a otrzymasz zwężkę Venturiego: z różnicy słupów i pól można obliczyć, jak szybko płynie woda. Dysza wykorzystuje tę samą ideę, aby zamienić ciśnienie w wężu w szybki strumień, a fontanna zamienia tę szybkość w wysokość, h = v² ÷ (2·g).
Model skupiony na nauce
Rura jest pozioma, woda się nie ściska, a tarcie pomijamy, więc A₁·v₁ = A₂·v₂, a p + ½·ρ·v² jest takie samo w obu odcinkach. W rurach przepływ narasta równomiernie przez 1 s, a potem pozostaje stały; słupy pokazują nadwyżkę ciśnienia nad atmosferycznym, p ÷ (ρ·g). Strumień z dyszy wypływa pod ciśnieniem atmosferycznym. Woda fontanny wypływa od razu i wznosi się jak rzucona piłka, bez oporu powietrza. Przebieg trwa 2 s. Rury nie są w skali; fontanna jest. Odpowiedzi z dokładnością do 2% są dobre. Woda ma 1000 kg/m³; g = 9,8 m/s². Odtwarzane w czasie rzeczywistym.