Давление в движущихся жидкостях и газах.

Уравнение Бернулли.

Как следует из уравнения неразрывности, при переходе жидкости с участка трубы с большим сечением на участок с меньшим сечением скорость течения возрастает, т. е. жидкость движется по трубе с переменным сечением с ускорением. Это означает, что на жидкость действует сила. Давление, возникающее в результате действия этой силы, таким образом, зависит от скорости жидкости.

Рассмотрим ламинарное стационарное течение идеальной жидкости в трубке тока, изображенной на рисунке 5.4.1.

Обозначим площадь поперечного сечения, давление и модуль скорости в широкой части трубки, (которой соответствуют сечения 1 и 1¢) через S1, p1 и v1 соответственно, а в узкой части (сечения 2 и 2¢) – через S2, p2 и v2.

За малый интервал времени Dt масса жидкости, занимавшая объём между сечениями 1 и 2 оказалась в объёме между сечениями 1¢ и 2¢, что эквивалентно перемещению массы жидкости Давление в движущихся жидкостях и газах. - student2.ru , заключенной между сечениями 1 и 1¢ в положение между сечениями 2 и 2¢.

Давление в движущихся жидкостях и газах. - student2.ru

Рис. 5.4.1.

Давление в движущихся жидкостях и газах. - student2.ru , (5.4.1)

где r - плотность жидкости, Давление в движущихся жидкостях и газах. - student2.ru , Давление в движущихся жидкостях и газах. - student2.ru .

Выделенная масса жидкости Давление в движущихся жидкостях и газах. - student2.ru перемещается под действием сил давления Давление в движущихся жидкостях и газах. - student2.ru и Давление в движущихся жидкостях и газах. - student2.ru и силы тяжести Давление в движущихся жидкостях и газах. - student2.ru . Эти силы совершают работу

Давление в движущихся жидкостях и газах. - student2.ru , (5.4.2)

Давление в движущихся жидкостях и газах. - student2.ru , (5.4.3)

Давление в движущихся жидкостях и газах. - student2.ru . (5.4.4)

Пользуясь законом изменения кинетической энергии

Давление в движущихся жидкостях и газах. - student2.ru , (5.4.5)

получим

Давление в движущихся жидкостях и газах. - student2.ru , Þ

Давление в движущихся жидкостях и газах. - student2.ru , Þ

Давление в движущихся жидкостях и газах. - student2.ru .

В результате получим уравнение, которое называется уравнением Бернулли.

Давление в движущихся жидкостях и газах. - student2.ru . (5.4.6)

Из него следует закон Бернулли, который гласит, что полное давление стационарно текущей идеальной жидкости, описываемое формулой,

Давление в движущихся жидкостях и газах. - student2.ru . (5.4.7)

остается неизменным вдоль всей лини тока.

Полное давление движущейся жидкости, вычисляющееся по формуле (5.4.7) состоит из трех слагаемых. Первое слагаемое в этой формуле p называется статическим давлением, величина Давление в движущихся жидкостях и газах. - student2.ru - динамическим давлением, величина Давление в движущихся жидкостях и газах. - student2.ru - гидростатическим давлением.

Уравнение Бернулли - форма закона сохранения энергии применительно к установившемуся течению идеальной жидкости. Уравнение хорошо выполняется и для реальных жидкостей, для которых внутреннее трение не очень велико. Это уравнение впервые было опубликовано швейцарским физиком Даниилом Бернулли в 1738 году.

Если движение жидкости происходит в горизонтальной трубе ( Давление в движущихся жидкостях и газах. - student2.ru ) уравнение Бернулли принимает вид:

Давление в движущихся жидкостях и газах. - student2.ru . (5.4.8)

Статическое давление p в жидкости может быть измерено с помощью манометра, перемещающегося вместе с жидкостью. Практически давление в разных сечениях трубы измеряется с помощью манометрических трубок, вставленных через боковые стенки в поток жидкости, так чтобы нижние концы трубок были параллельны скоростям частиц жидкости (рис. 5.4.2).

Давление в движущихся жидкостях и газах. - student2.ru

Рис. 5.4.2.

Из уравнения неразрывности следует, что при течении жидкости по трубе, изображенной на рис. 5,4.2, скорость жидкости в широком сечении меньше, чем в узком: Давление в движущихся жидкостях и газах. - student2.ru . Соответственно из уравнения Бернулли (5.4.8) следует, что давления жидкости в соответствующих сечениях Давление в движущихся жидкостях и газах. - student2.ru , т.е уровни жидкости в манометрических трубках Давление в движущихся жидкостях и газах. - student2.ru .

Статическое давление в жидкости, текущей по горизонтальной трубе переменного сечения, больше в тех сечениях потока, в которых скорость ее движения меньше, (а сечение соответственно больше), и наоборот, давление меньше в тех сечениях, в которых скорость больше (сечение меньше).

Наши рекомендации