απορία; ΟΤΑΝ ΕΧΕΙΣ ΑΠΟΡΙΑ

3-5 Η ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ Η ΕΞΙΣΩΣΗ TOY BERNOULLI (ΜΠΕΡΝΟΥΛΙ)

Με το θεώρημα έργου και ενέργειας προκύπτει η εξίσωση του Bernoulli, p + ½ρυ² + ρgy = σταθερό, που συνδέει πίεση, ταχύτητα και ύψος σε ιδανικό ρευστό. Εξηγεί γιατί ο άνεμος σηκώνει στέγες, πόσο γρήγορα αδειάζει ένα δοχείο και πώς πετούν τα αεροπλάνα.

Γ΄ Λυκείου · Φυσική · 30 λεπτά

Το μάθημα είναι στο σχολικό βιβλίο. Δεν το αντιγράφουμε εδώ. Άνοιξε το επίσημο κεφάλαιο και γύρνα για την εξάσκηση.

Άνοιγμα βιβλίου ↗

Η σύνοψη, οι όροι και οι ασκήσεις γράφτηκαν με τη βοήθεια τεχνητής νοημοσύνης από το σχολικό βιβλίο και μπορεί να έχουν λάθη. Πηγή είναι πάντα το βιβλίο: ό,τι σου φαίνεται περίεργο, έλεγξέ το εκεί. Βρήκες λάθος; Γράψε μας στο aporia@signmak.com.

Σχεδιάγραμμα

Δική μας σύνοψη της ενότητας, για επανάληψη. Πηγή είναι πάντα το βιβλίο.

Τι έγινε

  1. Σε σωλήνα μεταβλητής διατομής η ταχύτητα αλλάζει, άρα κάποιες μάζες επιταχύνονται και άλλες επιβραδύνονται· επομένως η πίεση δεν μπορεί να είναι ίδια παντού. Αλλάζει και με το ύψος: στον πέμπτο όροφο η πίεση της βρύσης είναι μικρότερη από το ισόγειο.
  2. Το 1738 ο Daniel Bernoulli βρήκε τη σχέση πίεσης, ταχύτητας και ύψους. Για το ρευστό ανάμεσα σε δύο σημεία εφαρμόζεται το θεώρημα έργου και ενέργειας, W + Wβ = ΔK, με έργο πιέσεων W = (p₁ − p₂)ΔV και έργο βάρους −ρΔVg(y₂ − y₁).
  3. Προκύπτει p₁ + ½ρυ₁² + ρgy₁ = p₂ + ½ρυ₂² + ρgy₂, δηλαδή p + ½ρυ² + ρgy = σταθερό σε ιδανικό ρευστό (εξίσωση Bernoulli), έκφραση της διατήρησης της ενέργειας.
  4. Σε οριζόντιο σωλήνα p + ½ρυ² = σταθερό: όπου πυκνώνουν οι ρευματικές γραμμές και η ταχύτητα μεγαλώνει, η πίεση μικραίνει.
  5. Εφαρμογή στη στέγη: ο άνεμος επιταχύνεται πάνω από τη στέγη, η πίεση πέφτει κάτω από την πίεση μέσα στο σπίτι και η στέγη τείνει να ανυψωθεί.
  6. Θεώρημα Torricelli: με ατμοσφαιρική πίεση στην επιφάνεια και στο στόμιο και αμελητέα ταχύτητα της στάθμης, η ταχύτητα εκροής είναι υ = √(2gh), όση στην ελεύθερη πτώση από ύψος h.
  7. Στα φτερά του αεροπλάνου οι ρευματικές γραμμές πυκνώνουν από πάνω, άρα η πίεση εκεί είναι μικρότερη. Η δύναμη από τη διαφορά πίεσης λέγεται αεροδύναμη και η κατακόρυφη συνιστώσα της δυναμική άνωση· όταν ξεπεράσει το βάρος, το αεροπλάνο ανυψώνεται. Στην πράξη η ροή είναι τυρβώδης και οι υπολογισμοί πολύπλοκοι.

Πρόσωπα

Daniel Bernoulli
Ελβετός φυσικός και μαθηματικός, 1738
Torricelli
το θεώρημά του δίνει την ταχύτητα εκροής

Όροι

W + Wβ = ΔK
θεώρημα έργου και ενέργειας για το ρευστό
p + ½ρυ² + ρgy = σταθερό
εξίσωση του Bernoulli
½ρυ²
κινητική ενέργεια ανά μονάδα όγκου
ρgy
δυναμική ενέργεια ανά μονάδα όγκου
p + ½ρυ² = σταθερό
Bernoulli σε οριζόντιο σωλήνα
μεγαλύτερη ταχύτητα ροής
μικρότερη πίεση στο ίδιο ύψος
υ = √(2gh)
ταχύτητα εκροής, θεώρημα Torricelli
αεροδύναμη
δύναμη στα φτερά από διαφορά πίεσης
δυναμική άνωση
κατακόρυφη συνιστώσα της αεροδύναμης
ροόμετρο Venturi
μετρά ταχύτητα ροής σε σωλήνα

ΠΑΙΞΕ ΤΟΤηλεπαιχνίδι · Η Σκάλα · Η Τελεία · Κρεμάλα · Ζευγάρια · όλα με την ύλη αυτού του μαθήματος.

Εξάσκηση

Συχνές απορίες

Τι λέει η εξίσωση του Bernoulli;

Σε ιδανικό ρευστό, κατά μήκος μιας ρευματικής γραμμής, η πίεση p μαζί με την κινητική ενέργειας ανά μονάδα όγκου ½ρυ² και τη δυναμική ενέργεια ανά μονάδα όγκου ρgy δίνουν σταθερό άθροισμα. Είναι η διατήρηση της ενέργειας στη ροή των ρευστών.

Γιατί ο δυνατός άνεμος σηκώνει τις στέγες;

Ο αέρας που περνά πάνω από τη στέγη στενεύει σε φλέβα, οπότε τρέχει γρηγορότερα (εξίσωση συνέχειας). Κατά τον Bernoulli η πίεση εκεί πέφτει, γίνεται μικρότερη από την πίεση του ακίνητου αέρα μέσα στο σπίτι, και η στέγη τείνει να σηκωθεί.

Τι λέει το θεώρημα του Torricelli;

Ότι υγρό που βγαίνει από στόμιο σε βάθος h κάτω από την ελεύθερη επιφάνεια ανοιχτού δοχείου έχει ταχύτητα υ = √(2gh), όση θα είχε αν έπεφτε ελεύθερα από ύψος h.

Ανοίγει το μενού κοινοποίησης του κινητού σου. Αν δεν υπάρχει, αντιγράφεται ο σύνδεσμος.

Νέα από το aporia.gr Νέες ενότητες και ό,τι βρίσκουμε στα θέματα των Πανελληνίων, στη σελίδα μας στο Facebook.