Физика для любознательных. Том 1. Материя. Движение. Сила (Роджерс) - страница 228
Фиг. 235.Ламинарное течение в широкой трубке.
>Внутреннее трение жидкости играет значительно меньшую роль, поэтому давление вдоль всей однородной трубки почти одинаково.
Фиг. 236.При наличии в трубке узкого участка наблюдается изменение давления.
>Обратите внимание на изгиб выходной трубы для подъема воды в измерительных трубках на заметную высоту.
Если приложенное давление повышают, чтобы увеличить скорость потока, трение возрастает, но новый эффект возрастает еще больше. Поэтому при наличии более широких трубок и быстрого течения трением можно пренебречь и наблюдать новый эффект: изменение давления при изменении скорости течения в результате сужения или расширения трубки. Влияние трения можно также исключить (не совсем честным путем), если на каждом участке поставить только один измеритель давления (фиг. 237). При еще более быстром течении в узких участках давление падает ниже атмосферного и в трубку засасываются пузырьки воздуха (фиг. 237, б).
Фиг. 237.Чем быстрее течение, тем больше изменение давления.
Задача 3
Используя обнаруженный эффект, сконструируйте простое распылительное устройство.
Задача 4
На фиг. 238 показан прибор, который был изображен на фиг. 237, б, но в перевернутом виде, с боковой трубкой, погруженной в чернила. Что произойдет? Объясните.
Фиг. 238. К задаче 4.
Принцип Бернулли — ключ к парадоксам
Как показал опыт, изображенный на фиг. 235–237, давление меньше там, где быстрее течение. Это положение называется принципом Бернулли.
От экспериментального наблюдения без дополнительных пояснений можно перейти к парадоксу «шарик в воронке». Посмотрим на линии тока, которые схематически изображены на фиг. 239.
Фиг. 239. Линии тока воздуха, обтекающего шарик в воронке.
>В точке С, где течение быстрее, давление меньше.
В области D, где поток воздуха выходит наружу, давление равно атмосферному. В узком зазоре С скорость потока выше, потому что то же количество воздуха должно пройти через более узкое пространство. Какое будет здесь давление — больше или меньше?
Теперь вам понятно, что удерживает шарик?
Принцип Бернулли и его объяснение
Принцип «где быстрее течение, там меньше давление» справедлив для ламинарного течения газа или жидкости. Он специфичен, но не столь непонятен, как это кажется. На самом деле его можно предсказать на основании известного уже вам второго закона Ньютона с помощью следующего рассуждения.
Выделим небольшой цилиндрический элемент жидкости, движущийся вдоль линий тока в области А (фиг. 240).
Фиг. 240.Линии тока жидкости, текущей по трубе.
В области