Langkau ke kandungan
Sainsuntuk Semua
Fizik / Bendalir

Persamaan Bernoulli: Tenaga dalam Aliran Bendalir

Istilah utama: Persamaan BernoulliSebutan: ber-nu-liBahasa Inggeris: Bernoulli equation

Persamaan Bernoulli menghubungkan tekanan, laju aliran dan ketinggian sebagai satu bentuk pemuliharaan tenaga mekanik bagi aliran bendalir yang sesuai.

Bendalir yang mengalir boleh menukar tenaga antara tekanan, gerakan dan kedudukan graviti. menyusun pertukaran ini dalam satu hubungan tenaga. Ia sangat berguna untuk memahami aliran melalui paip yang berubah luas atau ketinggian, tetapi hanya apabila andaian modelnya cukup baik.

Tekanan, gerakan dan ketinggian berkongsi jumlah tenaga

Bagi yang kelikatannya boleh diabaikan sepanjang satu garis arus, gabungan tekanan p, per unit (1/2)ρv², dan per unit isi padu ρgh adalah malar, iaitu p + (1/2)ρv² + ρgh = pemalar. Di sini ρ ialah bendalir, v ialah laju aliran, g ialah graviti dan h ialah ketinggian. Jika satu sumbangan bertambah tanpa input tenaga luar, satu atau kedua-dua sumbangan lain mesti berkurang.

Saluran lebih sempit boleh meningkatkan laju bendalir

Untuk bendalir tak termampat dalam aliran mantap, kadar isi padu yang melalui setiap keratan rentas saluran adalah sama. Oleh itu, apabila luas keratan rentas mengecil, laju bendalir meningkat. Jika ketinggian hampir sama dan kehilangan tenaga kecil, persamaan Bernoulli menunjukkan bahawa peningkatan laju ini disertai penurunan sepanjang garis arus.

Apabila saluran menyempit, aliran menjadi lebih laju dan tekanan statik lebih rendah, seperti ditunjukkan oleh aras cecair yang lebih rendah dalam tiub sebelah kanan. Rajah skema bagi aliran ideal.
Nota Istilahgaris arus: Garis ideal yang pada setiap titiknya tangen kepada arah halaju bendalir dalam gambaran aliran pada suatu ketika.

Ketinggian turut menyumbang kepada jumlah tenaga

Apabila bendalir mengalir ke tempat yang lebih tinggi, tenaga per unit isi padu meningkat. Jika tiada pam atau sumber tenaga lain dan perubahan laju kecil, peningkatan ini biasanya perlu datang daripada penurunan tekanan. Sebaliknya, aliran ke tempat lebih rendah boleh menukar sebahagian tenaga graviti kepada tekanan atau gerakan.

Contoh pengiraan: paip yang menyempit

Air mengalir dalam paip mendatar berdiameter 4.0 cm pada laju 1.0 m/s, lalu memasuki bahagian berdiameter 2.0 cm. Luas keratan rentas menjadi satu perempat, jadi daripada kesinambungan A₁v₁ = A₂v₂, laju baharu ialah 4.0 m/s. Oleh sebab paip mendatar, ialah Δp = (1/2)ρ(v₂² − v₁²) = (1/2)(1000 kg/m³)(16 − 1) m²/s² = 7500 Pa. Tekanan statik di bahagian sempit lebih rendah kira-kira 7.5 kPa daripada tekanan di bahagian lebar, dengan andaian aliran ideal.

Persamaan ideal mempunyai had

Bendalir sebenar mempunyai dan boleh kehilangan kepada pemanasan serta pergolakan. Gas pula boleh berubah ketumpatan apabila tekanan atau lajunya berubah dengan ketara. Dalam keadaan sebegini, bentuk Bernoulli yang ringkas tidak boleh digunakan tanpa terma tambahan atau model aliran yang lebih lengkap.

Pengukuran tekanan boleh membantu menentukan laju atau kadar aliran

Peranti seperti tiub Venturi menggunakan perubahan luas saluran untuk menghasilkan perbezaan tekanan yang boleh diukur. Dengan persamaan kesinambungan dan hubungan Bernoulli, perbezaan itu boleh digunakan untuk menganggarkan kadar aliran. Prinsip yang sama membantu menerangkan banyak aliran dalam paip dan muncung apabila syarat model dipenuhi.

Sejarah ringkas

Daniel Bernoulli menerbitkan Hydrodynamica pada 1738, yang menghubungkan tekanan dan laju bendalir. Persamaan dalam bentuk yang digunakan hari ini dibangunkan kemudian, terutamanya melalui kerja Leonhard Euler.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?

Uji KefahamanSoalan 1 daripada 3

Apakah idea utama persamaan Bernoulli?

Lihat Juga
Versi diterbitkan: