Загальна інформація
Застосування (1/2)
Статичний тиск - це тиск у рідині або газі, що тече, який вимірюють перпендикулярно до напрямку течії. Цей статичний тиск залежить від швидкості течії. Цей зв'язок описує закон Бернуллі: що більша швидкість течії рідини або газу, то менший статичний тиск.
Рис. 1: схема досліду
Застосування (2/2)
Цей принцип уже застосовують у побуті, наприклад у пульверизаторі. У такому пульверизаторі повітря тече крізь сопло. Швидкість течії в ділянці сопла відносно велика, а отже, за законом Бернуллі статичний тиск малий. Цей малий тиск буквально всмоктує рідину, що є в посудині. Вона виходить крізь отвір і розпилюється швидким потоком повітря.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Учні мають попередньо знати про статичний тиск і "закон Бернуллі".
Принцип
Треба дослідити, як поводиться тиск у рідині, що тече.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
Цим дослідом учням показують і пояснюють розподіл тиску в рідинах, що течуть. Учні мають зрозуміти "закон Бернуллі".
Завдання
Учні мають спостерігати, як поводиться тиск у рідині, що тече. Учні мають знати статичний тиск і розуміти закон Бернуллі.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Теорія
Розподіл тиску в рідинах, що течуть, стосується статичного тиску, який можна виміряти в рідині або газі, що тече, перпендикулярно до напрямку течії. Цей статичний тиск залежить від швидкості течії. А та, своєю чергою, зростає зі зменшенням перерізу труби. Зв'язок між швидкістю течії і тиском описує закон Бернуллі. Він каже: що більша швидкість течії рідини або газу, то менший статичний тиск.
За сталої течії рідини зменшений діаметр може призводити до зростання швидкості течії, а також до спадання статичного тиску.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Магнітна демонстраційна дошка PHYWE зі штативом, демо з фізики | 02150-00 | 1 |
| 2 | Гачок на магнітному тримачі | 02151-03 | 1 |
| 3 | Затискний тримач, d = 0..13 мм, на магнітному тримачі | 02151-07 | 2 |
| 4 | Масштабна лінійка для демонстраційної дошки | 02153-00 | 1 |
| 5 | Стрілка для демонстраційної дошки, 4 шт. | 02154-01 | 1 |
| 6 | Проточна трубка сталого діаметра | 02765-00 | 1 |
| 7 | Проточна трубка змінного діаметра | 02766-00 | 1 |
| 8 | Лоток для зберігання, 413 x 120 x 100 мм | 47325-01 | 1 |
| 9 | Гумовий шланг, внутрішній d = 8 мм, пог. м | 39283-00 | 1 |
| 10 | Лабораторний стакан, пластик (PP), 100 мл | 36011-01 | 1 |
| 11 | Мікрошпатель-ложка, сталь, l = 150 | 33393-00 | 1 |
| 12 | Затискач для шланга, b = 20 мм | 43631-20 | 1 |
| 13 | Піпетка з гумовим ковпачком, l = 250 мм | 64821-00 | 1 |
| 14 | Патентований синій V, 25 мл | 48376-05 | 1 |
| 15 | Струбцина | 02014-01 | 2 |
Складання та виконання
Складання та виконання (1/3)
Рис. 2
Дослід 1
- Закріпи затискними тримачами проточну трубку сталого діаметра горизонтально на демонстраційній дошці і застрахуй її гачком від перекидання (рис. 2)
- Постав під проточну трубку лоток (щоб зібрати воду, яка переливається, поки налагоджуєш течію на потрібну висоту стовпа води і видаляєш бульбашки повітря).
- Насунь на обидва кінці проточної трубки шланг відповідної довжини.
Складання та виконання (2/3)
- Приєднай один шланг до водопровідного крана, на другий надінь затискач для шланга і відведи його до раковини.
- Послабивши затискач для шланга, обережно відкрий кран.
- Відрегулюй тепер затискачем для шланга течію так, щоб перша манометрична трубка не переливалася, а в останній стояв стовп води заввишки кілька сантиметрів.
- Підфарбуй у стакані трохи води насичено і піпеткою внеси в кожну манометричну трубку кілька крапель розчину.
- Познач висоту стовпів води в манометричних трубках стрілками.
- Сформулюй твердження про висоту стовпів води.
Складання та виконання (3/3)
Рис. 2
Дослід 2
- Установи тепер в установку з досліду 1 замість проточної трубки сталого діаметра трубку змінного діаметра.
- Далі дій так само, як у досліді 1.
Результат
1. Результат
Висота стовпів води - якщо дивитися від початку проточної трубки - спадає.
2. Результат
Висота стовпів води - якщо дивитися від початку проточної трубки - у двох останніх манометричних трубочках значно менша, ніж у двох перших. Дуже мала вона в середній манометричній трубочці, приєднаній до звуження проточної трубки.
Опрацювання результатів (1/2)
1. Опрацювання результатів
Знявши проточну трубку з демонстраційної дошки, прикладають масштабну лінійку до вістер стрілок. Так видно, що висота стовпів води в манометричних трубочках спадає лінійно. Висота стовпів води є мірою тиску ( ), який щоразу діє перпендикулярно до напрямку течії і зветься статичним тиском.
Отже, справджується. У рідині, що тече, статичний тиск лінійно спадає в напрямку течії, якщо переріз потоку скрізь однаковий.
Причина лінійного спадання статичного тиску - сили тертя, які виникають між рідиною і стінкою труби, а також усередині самої рідини.
Опрацювання результатів (2/2)
2. Опрацювання результатів
Усередині звуження проточної трубки статичний тиск значно менший, ніж перед ним і за ним. Щоб крізь усі перерізи труби за одиницю часу проходила однакова кількість рідини, частинки рідини мусять прискорюватися. Це відбувається коштом статичного
тиску.
Зауваження
Якби тертя можна було усунути, то в досліді 1 усі стовпи води мали б однакову висоту, а в досліді 2 - усі, крім стовпа над звуженням.
Для стаціонарної течії нестисливих, нев'язких рідин справджується рівняння Бернуллі:
повний тиск = статичний тиск + динамічний напір, тобто
, де
швидкість течії і
густина рідини, що тече .
Динамічний напір діє в напрямку течії. За аналогією зі статичним тиском його називають також динамічним тиском.