МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»
ІКТА
кафедра ЗІ
Розрахункова робота
з курсу: «Фізика»
на тему: «Рівняння Бернуллі »
Львів – 2010
Рівняння Бернуллі
Рівляння виду
/
де п не дорівнює нулю або одиниці, називається рівнянням Бернуллі. Якщо п = 0 , то рівняння збігатиметься з лінійним. Якщо п = 1, то після об'єднання Р(х) з Q(x) дістанемо лінійне однорідне рівняння
/
метод розв'язування якого відомий. Тому цікаво розглянути рівняння, в якому п 0 або п 1. Розв'яжемо рівняння. Поділивши його на уn , знайдемо
/
Введемо позначення у-n+1 = z , тоді
/
/
Виділимо в трубці течії (див.мал.1) елемент, обмежений плоскими перерізами S1 і S2. Нехай швидкості руху рідини в цих перерізах рівні v1 і v2, а тиск р1 і р2 відповідно. За час t виділений елемент переміщається в напрямку, зазначеному стрілкою, так, що перетини S1 і S2 зміщаються на відстані l1 = v1t і l2 = v2t відповідно, займаючи нові положення S1 і S2 (див. мал.).
/
Рис.1. Виділений елемент трубки течії.
/ При переміщенні змінюються кінетична і потенціальна енергії виділеного елемента за законом збереження енергії величина цієї зміни визначається роботою сил тиску f1 = p1S1 і f2 = p2S2, які діють на площині S1 і S2. Як видно з мал., частина елемента між перерізами S1 і S2 залишається нерухомою так, що зміна положення виділеного елемента зводиться до переміщення відрізка, обмеженого перерізами S1 і S1 у нове положення між площинами S2 і S2. Нехай густина рідини в перетині S1 дорівнює 1, а в перетині S2 - 2. Маса відрізка між перерізами S1 і S1 дорівнює m1 = 1v1S1t, тоді як маса між S2 і S2 дорівнює m2 = 2v2S2t; тому кінетична і потенціальна енергії маси m1 рівні:
/ = / /. ( 1 )
Аналогічно для маси m2:
/ = / / ( 2 )
де h1 і h2 - висоти центрів ваги першого і другого елементів щодо обраного рівня відліку потенціальної енергії.
На підставі закону збереження механічної енергії можна записати:
/= //. ( 3 )
Робота сили f2 взята зі знаком мінус тому, що напрямок сили і напрямок переміщення протилежні один одному.
Підставляючи в рівняння (3) значення кінетичних і потенціальних енергій (1) і (2), одержуємо:
////= /, (4)
звідки після скорочення на величину t (з того, що v1S1 =v2 S2) випливає:
///= ///, ( 5 )
чи в загальному вигляді:
//+ р = const. ( 6)
Вирази (5) і (6) представляють різні форми запису рівняння Бернуллі, що має ряд важливих наслідків практичного характеру. Якщо рух рідини чи газу відбувається на постійній висоті, то рівняння (6) спрощується: /р = const, або //= //. ( 7 )
З цього рівняння випливає, що тиск всередині трубки течії залежить від швидкості: там, де швидкість менша, тиск більший, при збільшенні швидкості течії тиск у ньому зменшується. Це твердження називають принципом Бернуллі.