该伯努利定理,它描述了在运动的流体的行为,是由数学和物理丹尼尔伯努其工作流体力学阐述。根据该原理,通过封闭管道循环的理想流体(无摩擦或粘性)在其路径中将具有恒定的能量。
该定理可以从能量守恒原理,甚至从牛顿第二运动定律推导出来。此外,伯努利原理还指出,流体速度的提高意味着流体所承受的压力降低,势能降低或同时发生。
丹尼尔·伯努利
该定理在科学界和人们的日常生活中都有许多不同的应用。
其后果存在于飞机的升力,家庭和工业的烟囱,水管等区域。
伯努利方程
尽管伯努利是推论流量增加时压力会降低的人,但事实是,实际上是莱昂哈德·欧拉(Leonhard Euler)以今天已知的形式开发了伯努利方程。
在任何情况下,伯努利方程都不过是其定理的数学表达式,它是:
v 2 ∙ƿ/ 2 + P +ƿ∙g∙z =常数
在该表达式中,v是流体通过所考虑截面的速度,ƿ是流体的密度,P是流体的压力,g是重力加速度的值,z是在方向上测得的高度引力
伯努利方程式隐含了一种流体的能量由三部分组成:
-动力学分量,它是由流体运动的速度产生的。
-电位或重力分量,这是由于流体所在的高度而引起的。
-压力能量,它是流体由于受到压力而拥有的能量。
另一方面,伯努利方程也可以表示为:
v 1 2 ∙ƿ/ 2 + P 1 +∙∙g∙z 1 = v 2 2 ∙ƿ/ 2 + P 2 +ƿ∙g∙z 2
当构成方程的任何元素发生变化时,最后一个表达式对于分析流体经历的变化非常实用。
简化形式
在某些情况下,与其他项相比,伯努利方程的ρgz项的变化很小,因此可以忽略不计。例如,这发生在飞行中飞机经历的电流中。
在这些情况下,伯努利方程式表示如下:
P + q = P 0
在这个表达式中,q是动压力,等于v 2 ∙ƿ/ 2,P 0是所谓的总压力,是静压力P和动压力q之和。
应用领域
伯努利定理在科学,工程,体育等领域具有广泛而多样的应用。
在壁炉的设计中发现了一个有趣的应用。烟囱的高度很高,以便在底座和烟囱的出口之间获得更大的压力差,因此可以更轻松地抽取燃烧气体。
当然,伯努利方程也适用于管道中液体流动的研究。从等式可以得出,减小管道横截面积以增加通过管道的流体速度也意味着压力降低。
伯努利方程式还用于航空和一级方程式赛车,就航空而言,伯努利效应是飞机升力的起因。
飞机机翼的设计目标是在机翼顶部实现更大的气流。
因此,在机翼的上部,空气速度较高,因此压力较低。该压力差产生垂直向上的力(升力),使飞机停留在空中。在一级方程式赛车的副翼上获得了类似的效果。
运动解决
水流以5.18 m / s的速度通过横截面为4.2 cm 2的管道。水从9.66 m的高度下降到高度为零的较低高度,而管的截面积增加到7.6 cm 2。
a)计算较低水平的水流速度。
b)知道上层压力为152000 Pa,确定下层压力。
解
a)考虑到流量必须守恒,的确是:
Q 上层 = Q 下层
v 1。S 1 = v 2。小号2
5.18 m / s。4.2 cm 2 = v 2。7.6厘米^ 2
解决,获得:
v 2 = 2.86 m / s
b)在两个级别之间应用伯努利定理,并考虑到水的密度为1000 kg / m 3,得出:
v 1 2 ∙ƿ/ 2 + P 1 +∙∙g∙z 1 = v 2 2 ∙ƿ/ 2 + P 2 +ƿ∙g∙z 2
(1/2)。1000公斤/米3。(5.18米/ S)2 + 152000 + 1000千克/米3。10 m / s 2。9.66 m =
=(1/2)。1000公斤/米3。(2.86米/秒)2 + P 2 + 1000千克/米3。10 m / s 2。0米
求解P 2得到:
P 2 = 257926.4 Pa
参考文献
- 伯努利原理。(nd)。在维基百科上。于2018年5月12日从es.wikipedia.org检索。
- 伯努利原理。(nd)。在维基百科。于2018年5月12日从en.wikipedia.org检索。
- Batchelor,GK(1967)。流体动力学概论。剑桥大学出版社。
- Lamb,H。(1993)。流体力学(第6版)。剑桥大学出版社。
- 罗伯特·莫特(1996)。应用流体力学(第四版)。墨西哥:培生教育。