|
|
|
Учебник для 10 класса ФИЗИКА
§ 9.10. Давление в движущихся жидкостях и газах
Вначале обратимся к опытным фактам. Возьмем трубку переменного сечения с небольшими отверстиями в стенке, в которые вставлены стеклянные открытые сверху измерительные трубки (рис. 9.39). При стационарном течении жидкость в каждой измерительной трубке поднимается до определенной высоты (высоты необходимо отсчитывать от какого-либо горизонтального уровня).
Рис. 9.39 По высоте столба жидкости в измерительных трубках можно судить о ее давлении на стенки горизонтальной трубки. Опыт показывает, что в широких местах трубки давление больше, чем в узких. Но чем больше сечение трубки, тем меньше скорость течения жидкости (см. § 9.9). Следовательно, можно сделать вывод: При стационарном течении жидкости давление больше в тех местах, где меньше скорость течения, и, наоборот, меньше в тех местах, где скорость течения больше. Эта зависимость была установлена Д. Бернулли(1). Факт уменьшения давления с увеличением скорости жидкости на первый взгляд кажется парадоксальным. Казалось бы, что при переходе из широкой части трубки в узкую жидкость должна сжиматься, поэтому давление внутри нее и на стенки трубки должно возрастать. В действительности же все происходит наоборот. Сначала попытаемся объяснить это явление качественно на основе второго закона Ньютона и условия неразрывности стационарного потока жидкости, считая жидкость идеальной. Выделим элемент жидкости, который движется вдоль оси трубки. При переходе из широкой части трубки в узкую скорость течения увеличивается, поэтому ускорение выделенного элемента жидкости направлено по течению, а при переходе из узкой части в широкую — против течения. Согласно второму закону Ньютона ускорение вызывается силой и совпадает с ней по направлению. Такой силой может быть лишь равнодействующая сил давления окружающей жидкости на поверхность выделенного объема. Значит, давление на элемент жидкости при переходе его из широкой части трубки в узкую должно быть больше со стороны жидкости в широкой части трубки, чем со стороны узкой (рис. 9.40). При переходе же элемента из узкой части трубки в широкую ускорение направлено против течения. В эту же сторону должна быть направлена равнодействующая сил давления, что опять-таки возможно, если давление жидкости со стороны широкой части трубки больше, чем со стороны узкой.
Рис. 9.40 Чем быстрее движется жидкость, тем меньше давление внутри нее. (1) Бернулли Даниил (1700—1782) — швейцарский физик, академик Петербургской академии наук с 1725 по 1733 г., а позже — ее иностранный почетный член.
|
|
|