اصل برنولی فرم ریاضی قانون بقای انرژی در سیالات است. به زبان ساده چنین است:

در شاره‌ای که جریان دارد، افزایش سرعت جریان با کاهش فشار هم‌زمان است، به شرطی که ارتفاع سیال ثابت بماند. معادله برنولی بیان دقیق‌تر این اصل است. این اصل اهمیت زیادی در دانش هواپویش دارد و پایه فیزیکی پرواز هواپیما است.

نام این اصل از نام ریاضی‌دان سوئیسی دانیل برنولی گرفته شده، اگر چه پیش از او لئونارد اویلر و دیگران نیز آن را می‌دانستند.

فرم ریاضی و کاربردی

در این رابطه P فشار، R دانسیته، g شتاب گرانش زمین، V سرعت حرکت سیال و z ارتفاع سیال از سطح مبنا است. به هریک از اجزای رابطه فوق هد گفته می‌شود؛ بنابراین عبارت هد فشاری، هد سرعت و z را هد ارتفاع می‌نامند. براساس این رابطه برای یک سیال همواره مجموع سه هد فشاری، سرعتی و ارتفاع مقدار ثابتی است. البته به شرطی که از اصطکاک صرف نظر کنیم و همچنین در مسیر حرکت سیال مبادله گرما یا کار نداشته باشد. از آنجا که در تمام کاربردهای عملی ما با اصطکاک روبرو هستیم و از طرفی جهت جابجایی سیال باید از وسایلی مانند پمپ جهت افزایش انرژی سیال استفاده کنیم و همچنین اگر دمای سیال با دمای محیط متفاوت باشد انتقال گرما هم خواهیم داشت، بنابراین از رابطه اصلاح شده به فرم زیر استفاده می‌کنیم:

که در این رابطه Q هد مقدار گرمای متقل شده، W هد کار انجام شده و H هد اتلافات انرژی ناشی از اصطکاک است. منظور از d در طرف دوم نیز تغییرات بین دو نقطه دلخواه در مسیر است.

شکل زیر پدیده ای را نشان می دهد که در هنگام عبور جریان هوا از دو طرف بال هواپیمای در حال حرکت افقی رخ می دهد. جریان هوا در هنگام برخورد به لبه حمله بال (لبه جلویی) به دو قسمت می‌شود. قسمتی که از روی سطح بالایی عبور می کند به علت طول بیشتر این سطح باید سریعتر حرکت کند تا خود را به قسمت پایینی جریان هوا برساند. در نتیجه افزایش سرعت نیمه بالایی جریان هوا، فشاری که به سطح بالایی بال وارد می کند کمتر می شود. در نتیجه فشار روی سطح بالایی کمتر از فشار روی سطح پایینی است و اختلاف این دو به صورت نیروی بالابرنده عمل می کند. 

ساده ترین آزمایشی که برای توضیح عملی اصل برنولی می توان انجام داد شاید آزمایش زیر باشد: 

یک قیف شیشه ای (که از فروشگاه های لوازم آزمایشگاهی قابل تهیه است) را بطور وارونه در دست گرفته و یک توپ کوچک پینگ پونگ را در داخل قیف و وسط آن بطور عمودی نگه دارید. حالا از دهانه تنگ قیف بشدت به داخل آن بدمید و دستتان را از زیر توپ بردارید: 

به نظر می رسد توپ در اثر نیروی باد با شدت به بیرون پرتاب خواهد شد. ولی چنین اتفاقی نمی افتد و اگر با شدت کافی به داخل قیف بدمید توپ در جای خود بطور معلق خواهد ایستاد! 

آیا می توانید با توجه به شکل زیر علت این پدیده را توجیه کنید؟

در پرواز هواپيما، اصل برنولي تعيين كننده است. بال هواپيما به گونه اي است كه سطح پايين آن افقي و صاف است، اما سطح بالاي آن منحني و شبيه گرده ماهي و بال عقاب است. هنگام حركت، نوك بال هوا را مي شكافد. بخش پاييني مسير مستقيمي را طي مي كند، اما بخش بالايي، به خاطر انحناي بال، مسير بيشتري طي مي كند و در نتيجه سرعت آن بيشتر است. نتيجه اينكه فشار سطح پايين بيشتر از بالاست و با رسيدن هواپيما به سرعت كافي، اين اختلاف فشار بر نيروي وزن غلبه كرده و هواپيما به پرواز در مي آيد. شما مي توانيد با منحني كردن يك برگ كاغذ و فوت كردن به سطح منحني آن مشابه چنين فرآيندي را ببينيد. در اين حالت برگه كاغذ به سمت بالا پرواز مي كند. در ماشينهاي مسابقه يا سرعت بالا ، براي جلوگيري از پرواز ماشين، طراحي برعكس هواپيما صورت مي گيرد و به ويژه يك قطعه بال مانند در پشت ماشين قرار داده مي شود كه برعكس بال هواپيما عمل مي كند و در سرعتهاي بالا، ماشين را به سمت پايين هل مي دهد. اكنون شما بگوييد كه نقش بالچه هواپيما كه در بالهاي عقاب نيز ديده مي شود ، چيست؟

اگر اهل تماشاي فوتبال هستيد، حتما ديده ايد كه بعضي شوتها، توپ را منحني وار به پيش مي برد. شوتي كه ليونل مسي در همين جام جهاني به سوي دروازه ايران شليك كرد، به همين صورت گل شد. نمونه بهتر آن درايو يا لوپهاي تاپ اسپين است كه بازيكنان تنيس روي ميز به كرات از آن استفاده مي كنند. چرخشي كه اين بازيكنان به توپ مي دهند، مسير آن را به سمت پايين منحني مي كند. اين انحنا نيز با اصل برنولي قابل توضيح است.! در يك درايو تاپ اسپين، چرخش توپ در همان سمتي است كه حركت مي كند. بنابراين سطح بالاي توپ چرخشي به سمت هوا دارد كه اصطكاك بيشتري ايجاد و از سرعت هوا مي كاهد. برعكس آن براي سطح پايين است. نتيجه اختلاف فشار و هل دادن توپ به سمت پايين است.

آيا مي توانيد حركت بومرنگ را با اصل برنولي توضيح دهيد؟ من كه نمي توانم!

کاربردهای اصل برنولی

چرا در جاده ها ماشین های سبک که در حال سبقت از کامیون هستند به سمت کامیون کشیده می شود و ممکن است تصادف رخ دهد؟

از نمونه‌های مهمی که از کارکرد اصل برنولی می‌توان نام برد، طرز کار کاربراتور در بسیاری از موتورهای بنزینی است. هوا از طریق مجرای گشاد کاربراتور به داخل موتور جریان می‌یابد. اما وقتی مجرا تنگتر می‌شود. سرعت هوا زیاد و فشار آن کم می‌شود. بنزین در محل تنگتر مجرا وارد کاربراتور می شود. از آنجا که مخزن بنزین دارای فشار جو است، ولی مجرای تنگ کاربراتور فشار کمتری دارد. بنزین از طریق مجرای تنگ به درون کاربراتور می‌رود و در آنجا با هوا مخلوط می‌شود تا مخلوط قابل احتراقی از بنزین و هوا بوجود آید.

چرا هنگامی که دو قطار از مقابل هم عبور می کنند سرعت خود را کم می کنند؟

در بخاری های گازی اصل برنولی کجا نمود پیدا می کند؟

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: