برای دانلود 50 تست از اصل برنولی اینجا کلیک کنید
اصل برنولی
تا اینجای درس فیزیک به بررسی برخی از ویژگیهای فیزیکی شاره های ساکن پرداختیم.اما حالا میخواهیم تا یک شاره در حال حرکت را بررسی کنیم.
وقتی شارهای حرکت میکند، این حرکت میتواند یکنواخت و لایهای یا تلاطمی و آشوبناک (درست مانند هوا،که گاهی به صورت نسیمی ملایم و گاهی به صورت طوفانی پر انرژی میوزد.
هنگام حرکت آب در شیلنگ، جریان تُند و سریع آب در یک رودخانه حرکت خون درون رگها، حرکت هوا درون سامانههای گرمایش و سرمایش، جریان دود در هوا پدیدههای جالبی رخ میدهد. بررسی این پدیدهها اغلب میتواند بسیار پیچیده باشد. برای پرهیز از این پیچیدگیها، مدل آرمانی و سادهشده ای از یک شاره در حال حرکت و بدون
تلاطم را بررسی میکنیم، در شاره بدون تلاطم، حرکت شاره پایاست (یعنی سرعت در هر نقطه از شاره
با گذشت زمان ثابت است.) افزون بر این فرض میکنیم شاره تراکمناپذیر است (یعنی، چگالی آن ثابت است) و اصطکاک داخلی (گران َروی) ندارد و هنگام حرکت آب در شلنگ آب یا در رودخانه فشار و تندی جریان در نقاط مختلف متفاوت است.
دانیل برنولی، فیزیکدان و ریاضیدان سوئیسی، متوجه شد کهدر جریانهایی که لایهایهستند (یعنی متلاطم نیستند) در جاهایی از لوله که جریان آب تندتر است، فشار کمتر است.
برنولی همچنین متوجه شد که این اصل نهتنها برای مایعها، بلکه برای گازها نیز برقرار است.
اصل برنولی برای شارهای که به طور لایهای(غیر متلاطم) و در امتداد افق حرکت میکند. بهصورت زیر بیان میشود در مسیر حرکت شاره، با افزایش تندی شاره، فشار آن کاهش مییابد.
سوال مفهومی 1:
چرا چادر پشت کامیونها پف میکند؟
سوال مفهومی 2:
بالهای هواپیما چطور باعث کمک به بالارفتن میشوند؟
سوال مفهومی 3:
چرا دو خودرو که با سرعت زیاد از کنار هم رد می شوند، در معرض خطر انحراف از پهلو قرار دارند ؟
هنگام حرکت،هوای بین دو ماشین با سرعت بیشتری حرکت میکند
و طبق اصل برنولی باعث کاهش فشار هوای بین دو ماشین میشود و
این موضوع باعث میشود نیرویی از سمت مخالف ماشینها به مرز بین
ماشینها وارد شود
سوال مفهومی 4:
وقتی شیر آبی را کمی باز کنید و آب به آرامی جریان یابد، مشاهده
می شود که باریکه آب با نزدیکترشدن به زمین، باریکتر میشود
دلیل این پدیده را با توجه به معادله پیوستگی توضیح دهید؟
با نزدیک شدن آب به زمین تندی اب بیشتر میشه و طبق معادله
پیوستگی، تندی هم با سطح رابطه عکس دارد
سوال مفهومی 5:
دو نوار کاغذی به طول تقریبی 10سانتیمتر را مطابق شکل
به انتهای یک نی نوشابه بچسبانید. وقتی مطابق شکل به درون
نی دمیده میشود نوارهای کاغذی بهطرف یکدیگر جذب میشوند.
با توجه به اصل برنولی دلیل این پدیده را توضیح دهید
هنگام فوت کردن ،هوای بین دو کاغذ با سرعت بیشتری حرکت میکند
و طبق اصل برنولی باعث کاهش فشار هوای بین دو کاغذ میشود و
این موضوع باعث میشود نیرویی وارد شود.
سوال مفهومی 6:
در شلنگ آب چرا جایی که تندی زیاد میشه فشار کم میشه؟
تجربه شخصی ما وقتی دستمون رو جلوی شیلنگ آب میگیریم دقیقا برعکس چیزی هست که اصل برنولی میگه!!!!!
دقت کنید که از نظر بهترین دبیران فیزیک کنکور در شارهها دو نوع فشار داریم فشار استاتیکی که در اثر نیروهای ضربهای هست که اتمها و مولکولهای شاره به بدنه و دیواره ظرف وارد میکنند و فشار دینامیکی که حاصل حرکت مولکولهای شاره است در معادله برنولی ما فشار استاتیکی را در نظر میگیریم که با سرعت رابطه عکس داره و با مساحت رابطه مستقیم یعنی با افزایش سرعت شاره فشار کم میشود پس یعنی منظور فشار داخلی هست .
برای درک بهتر میتونید آزمایش زیر را برای انجام دهید با انگشت جلوی آب لوله و شیلنگ آب را بگیرید متوجه میشید شیلنگ سفت شده وقتی اجازه دهید آب حرکت کنه و خارج شود شیلنگ نرمتر میشود نتیجه؛ افزایش سرعت شاره سبب کاهش فشار بر دیوارة شیلنگ آب شده است.
البته به یاد داشته باشید در اینجا ديواره تصور ذهني است ممکنه که دیوارهای هم در کار نباشه هرجا حجم شاره بيشتره تعداد برخورد مولکولهای شاره به يکديگر هم بيشتر ميشه و از انرژي جنبشي آنها کاسته ميشه در نتيجه سرعت کاهش ميیابد و بالعکس.
آهنگ جریان شاره: در شکل زیر جریان یکنواخت شارهای را میبینید که با تندی v درون لولهای با سطح مقطع A در حرکت است. در اینصورت به حجم مایع عبوری از مساحت A در مدت زمان t آهنگ جریان شاره میگوییم و از فرمول زیر آنرا محاسبه میکنیم:
معادلۀ پیوستگی: شکل زیر شارهای با جریان لایهای را نشان میدهد که در لولهای با دو سطح مقطع متفاوت، در حرکت است. در حالت پایا و در مدت زمان یکسان، جرم یکسانی از شاره از هر سطح مقطع دلخواه لوله میگذرد
جمعبندی اصل برنولی در هفت قدم:
قدم اول: اصل برنولی به زبان خیلی ساده
اصل برنولی میگه:
هر جا سرعت مایع (یا گاز) بیشتر بشه، فشارش کمتر میشه. و هر جا سرعت کمتر بشه، فشارش بیشتر میشه.
یعنی بین سرعت و فشار، رابطهی عکس برقراره. یکی بره بالا، اون یکی میاد پایین.
قدم دوم: یک تصویر ساده تو ذهنت بساز
فرض کن داری از یک نی باریک، آب رو به زور میدمی بیرون. وقتی آب از نی عبور میکنه، توی خود نی سرعتش زیاده، در نتیجه فشارش کمه. ولی وقتی به دهانهی پهنتر میرسه، سرعت کم و فشار زیاد میشه.
یا یک رودخونه رو در نظر بگیر:
جایی که رودخونه تنگ میشه، آب با سرعت بیشتری حرکت میکنه و فشارش کمتره.· جایی که پهن میشه، آب آرومتره و فشارش بیشتره.
قدم سوم: مهمترین نکتۀ برنولی که همه جا کاربرد داره
برنولی به ما میگه که فشار و سرعت با هم جابهجا میشن.
یعنی اگر مجبور کنی یک مایع سریعتر حرکت کنه، اون مایع فشارش رو میدهد به سرعت. و برعکس، اگر سرعت رو بگیری، فشار برمیگردد بالا.
قدم چهارم: مثالهای عینی تو زندگی روزمره
اینجا جالب میشه. ببین چندتا مثال که خودت حتماً دیدی:
· پرواز هواپیما: بال هواپیما بالاییاش محدب (برآمده) و پایینیاش صاف است. هوایی که از روی بال میگذره، مسیر بیشتری باید بره، پس سریعتر میره و فشارش کم میشه. هوای زیر بال کندتره و فشارش بیشتره. این اختلاف فشار، هواپیما رو بالا میکشه.· دوش گرفتن با پردهی پلاستیکی: وقتی دوش رو باز میکنی، پرده به سمت داخل کشیده میشه. چون آب سریع میافته و هوای کنارش رو با خودش میکشه، فشار اون منطقه کم میشه و پرده به سمت فشار کمتر میره.· اتمایزر یا اسپری عطر: وقتی پیستون رو میزنی، هوا با سرعت از روی یک لولهی باریک عبور میکنه، فشار کم میشه و مایع عطر رو از پایین به بالا میمکد و پخش میشه.· فوتبال با ضربۀ منحنی: وقتی به توپ ضربهی بغل میزنی، توپ میچرخه. یک طرف توپ با حرکت هوا همجهت میشه (سرعت کم) و طرف دیگر مخالف (سرعت زیاد). اختلاف فشار، توپ رو منحنی میکنه.
قدم پنجم: یک اشتباه رایج درباره برنولی
خیلیها فکر میکنن برنولی یعنی هر چی مایع سریعتر بره، حتماً فشارش کمتره. اما این قانون فقط برای شرایط خاص درسته:
مایع باید بینیروی اصطکاک باشه (یعنی لزج نباشه).· مایع باید تراکمناپذیر باشه (مثل آب، نه هوا که خیلی فشرده میشه).· جریان باید پایدار باشه، نه گردابی و آشفته.
در غیر این صورت، برنولی بهخوبی کار نمیکنه.
قدم ششم: اصل برنولی در یک جمله برای همیشه یادت بمونه
“مایعی که تندتر میره، فشار کمتری به اطراف وارد میکنه.”
همین جمله رو هر جا دیدی یک چیزی با سرعت مایع یا گاز سروکار داره، بگو برنولی توی کاره!!!!!!!!!!
قدم هفتم: تفاوت برنولی با ارشمیدس (برای اینکه قاطی نکنی عزیزم!!)
ارشمیدس دربارهی سکون هست؛ یعنی جسم توی مایعی که حرکت نمیکنه.· برنولی دربارهی حرکت هست؛ یعنی وقتی مایع یا گاز در حال جابهجاییست.
ارشمیدس گفت چرا اجسام شناور میشن، برنولی گفت چرا هواپیما پرواز میکنه و اسپری کار میکنه!!!!!!!!!!!
دیدگاه شما