伯努利原理:不仅重要,还如此有趣,绝对脑洞大开!

2021-04-02 11:12:10 admin 2


天才/学霸/上帝——伯努利

伯努利试验仪的原理来自于--丹尼尔·伯努利(1700-1782)是瑞士物理学家、数学家和医学家。他是伯努利数学家族(四代10人)最杰出的代表。16岁时,他在巴塞尔大学学习哲学和逻辑学,后来获得哲学硕士学位。17-20岁时,他学习医学,1721年获得医学硕士学位。他成为一名著名的外科医生,并担任解剖学教授。但在父亲和哥哥的影响下,他最终转向了数学科学。伯努利的成功涉及广泛的领域,包括天体测量学、万有引力、行星的不规则轨道、磁学、海洋、潮汐等。

本文从实例章节、理论章节、应用章节三个方面展开,一定让您不虚此行。

1伯努利原理举例

丹尼尔·伯努利在1726年首次提出:“在水流或气流中,如果流速小,压力就大;如果流速大,压力就小。”。我们称之为伯努利原理。

当我们拿两张纸,把空气吹入两张纸的中间时,我们会发现纸不会向外漂移,而是会被一种力挤在一起。因为两张纸中间的空气是我们吹来的,流动速度快,压力小,而两张纸外面的空气不流动,压力大,所以外面的空气用很大的力量把两张纸“压”在一起。


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这是伯努利原理的简单证明。

(1) 列车(地铁)站台安全线

火车(地铁)站台上有黄色安全线。

这是因为当列车高速驶来时,列车车厢附近的空气被驱动迅速移动,压力降低。如果站台上的乘客离列车太近,乘客身体前后会有明显的压差,乘客身体后面较大的压力会将乘客推到列车上造成伤害。

因此,当火车(或大卡车或公共汽车)高速驶来时,你不能站得离轨道(道路)很近,因为高速行驶的火车(汽车)对站在旁边的人有很大的吸引力。有人测量过,当火车以每小时50公里的速度行驶时,后面大约有8公斤的力把人推到火车上。


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在理解了“伯努利”原理之后,你再也不敢越过黄线了(和你周围的人分享~~)

(2) 船舶吸力现象

1912年秋,“奥林匹克”号在海上航行。在距离当时世界上最大的远洋船100米的地方,一艘小得多的装甲巡洋舰“鹰”号正在加速前进。这两艘轮船好像在赛跑。他们彼此靠得很近,平行航行。突然,仿佛被大船所吸引,快速移动的“妓女”根本不听舵手的指挥,直奔“奥林匹克”号。最后,“鹰”号船头与“奥运”号侧面相撞,形成一个大洞,导致重大沉船事故。

事故的原因是什么?当时,谁也说不清。据说,海事法院在处理这起奇怪的案件时,不得不以“胡克”号船长操作不当为由判刑!


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后来人们才明白,海上的意外灾难是一种“伯努利原理”现象。我们知道,根据流体力学的伯努利原理,流体的压力与其速度有关。速度越大,压力越小;反之亦然。用这一原则检查事故,不难找出事故原因。

原来,两船平行航行时,两船中间的水比外面的水流动得快,两船内侧中间的水压力比外面的水压力小。随后,在外水的压力下,两船逐渐靠近,最后相撞。由于“鹰”号体积小,在同样的压力作用下,在两艘飞船之间接近要快得多。于是,“老鹰”撞上了“奥运”事故。

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现在这种现象被称为航海中的“船舶吸力现象”。

让我们用图表来分析:

图218中的两艘轮船在静水中并排航行,或在流水中并排停靠。由于两船之间的水面比较窄,所以这里的水流速度比两船外的水流速度要高(如果难以理解,则认为船是静止的,水流在船外),压力比两船外的要低。因此,两艘船将被环绕在船上的相对高压水挤在一起。经验丰富的海员很清楚,两艘并排航行的船会互相吸引。


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如图219所示,如果两艘轮船并排行驶,其中一艘稍微落后,情况会更糟。使两船靠近的两个力F和F使船体转向,B船转向a船的力更大。在这种情况下,碰撞是不可避免的,因为舵没有时间改变船的方向。


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鉴于此类沉船事故时有发生,且船舶和军舰越大,一旦发生碰撞,其危害性就越大。因此,世界海事组织对这种情况下的航行规则做出了严格的规定,包括两船在同一方向行驶时必须保持多大的距离,小船和大船在通过狭窄路段时应该做什么等等。

这样,我们就会明白为什么有些海峡和运河看起来更宽,但航运管理部门仍然说:“两船并排或面对面航行是不合适的。”!

(3) 游泳

学习了伯努利原理之后,我们就会明白为什么在湍急的河里游泳是非常危险的。

有人计算过,当河中央的水流以每秒1米的速度流动时,大约会有30公斤的力量吸引和挤走人们的身体。即使是一个好的游泳运动员,他也不敢在任何地方游泳!


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(4) 风把屋顶掀翻了,或者把桥压坏了

当风吹来时,屋顶上的空气流动得非常快,等于风速,而屋顶下的空气几乎是静止不动的。根据伯努利原理,屋顶下的空气压力大于屋顶上的空气压力。如果风越刮越大,屋顶顶部和底部的压差也越来越大。一旦风速超过一定程度,压差就会把屋顶掀起来!正如唐代著名诗人杜甫在《被秋风吹破的茅草屋之歌》中所说:“八月秋高风怒号,卷我屋上三重茅


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台风吹倒桥梁也是“伯努利原理”的作用:台风通过桥梁会吹穿桥面和桥孔。由于桥孔相对桥面较小,当风通过时,风速较快,压力较小,而桥面风速较慢,压力较大。所以,有一个压差。如果这座桥不能承受这样的压力,它就会倒塌。


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(5) 香蕉球(弧形球)

如果你经常看足球比赛,你一定看到了点球前的任意球。这时,通常有五六名防守队员在球门前形成一道“墙”,挡住球门路线。然而,进攻方的主罚球员开始大力射门,球绕过了“墙”。他看到自己要飞出球门,但他沿着弧线拐弯,直奔球门,球门出其不意地抓住守门员,看着球进了球门。这真是个神奇的“香蕉球”。

为什么足球在空中呈弧形飞行?原来,当“香蕉球”被罚时,球员并没有把脚踢进足球中心,而是稍微偏到一边。同时,他用脚背摩擦足球,使球在空中向前移动,不断旋转。这时,一方面空气逆着球向后流动,另一方面由于空气与球之间的摩擦,球周围的空气会被带到一起旋转。这样一来,球的一边空气的流速就快了,而另一边空气的流速就慢了。

“伯努利原理”告诉我们:气体的速度越大,压力越低。由于足球两侧的气流速度不一样,它们对足球产生的压力也不一样,所以足球在气压的作用下被迫转向气流速度高的一侧。


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6) 喷雾器

喷雾器采用大流量、低压原理。


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让空气从小孔中快速流出,小孔附近的压力很小,容器内液体表面的空气压力很高,液体沿着小孔下面的小管上升,液体从小管的上口流出后,受到气流的冲击,喷成雾状。


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(7) 汽油机化油器

汽油机的化油器与喷雾器的原理相同。化油器负责两件事:

让燃油蒸发。

汽化的燃料与一定比例的空气混合形成混合物。


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化油器是向气缸提供燃油和空气混合物的装置。其结构原理是:当气缸中的活塞作吸气冲程时,空气被吸入管道。当它流过管道的狭窄部分时,流速高,压力低。汽油从安装在狭窄部分的喷嘴流出,喷成雾状,形成油气混合物进入气缸。

/没有急流,没有勇猛,没有高峰,没有攀登/

2《理论篇——伯努利方程》

伯努利方程是由瑞士物理学家伯努利提出的。它是理想流体稳定流动的基本方程。确定流体的压力和速度具有重要的现实意义。广泛应用于水利、造船、航空等部门。



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值得注意的是,伯努利方程是由机械能守恒导出的,所以它只适用于粘度和不可压缩性可以忽略的理想流体。在粘性流体流动中,由于机械能的消耗,粘性摩擦产生热量,机械能不守恒。

/珍珠的闪光并不是别人画的/

三。应用:伯努利方程的广泛应用

伯努利在1726年提出了伯努利原理,这是流体力学的基本方程之一。伯努利方程是理想流体定常流动的动力学方程,它被解释为在忽略粘性损失的情况下,流线上任意两点的压力势能、动能和势能之和不变。其实质是流体的机械能守恒,即:动能+重力势能+压力势能=常数。对于泵来说是:速度压头+静压头+位置压头=恒定。最著名的推论是,当水流处于同一高度时,流速大,压力小。

应用1:翼型升力


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为什么飞机能飞上天空?因为翅膀是向上的。飞行中机翼周围空气的流线分布是指机翼截面形状的不对称性。机翼上方流线密集,速度高,下方流线稀疏,速度低。根据伯努利方程,机翼上方的压力较小,但机翼下方的压力较大。这会在机翼上产生向上的升力。


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应用2:离心泵

泵壳收集从每个叶片喷出的液体。液体沿蜗壳通道的扩张方向在泵壳内流动。流速逐渐减小,压力逐渐增大,使流体的动能(速头)转化为静能(静压头),能量损失减小。因此,泵壳的作用不仅仅是收集液体,更是一种能量转换装置。


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应用3:消防炮

消防泵作用于水或泡沫液等液体介质上,将能量传递给消防炮,消防炮和炮管的流道逐渐减小,液体流速逐渐增大,压力逐渐减小,从而使液体的静水能(静压头)转化为动能(速头),从而获得高速水流,最终从火炮中喷出的水射流达到。理想范围。


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应用4:文丘里流量计

文丘里流量计是一种测量流体压差的装置。它是一根先收缩后逐渐膨胀的管子。在收缩段直管段的第1段和第2段测量了两段的静压差和面积,并用伯努利方程计算了通过管道的流量。需要注意的是,收缩段的能量损失远小于膨胀段,因此不能用膨胀段的压力来计算流量,以免增加误差。


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应用5:虹吸现象

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(你怎么解释把乒乓球直接放在吹风机上?我相信你看完这篇文章后就知道答案了。)

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