伯努利定理是瑞士数学家丹尼尔·伯努利于1738年发明的。该定理指出,当液体流动速度增加时,根据能量守恒定律,液体中的压力将降低。此后,莱昂哈德·欧拉在1752年以正态形式推导出了伯努利方程。本文概述了什么是伯努利定理、推导、证明及其应用。


伯努利定理是什么?

定义:伯努利定理指出,流动液体的全部机械能包括高度的重力势能,然后与液体力相关的能量&液体运动的动能保持稳定。根据能量守恒原理,可以导出这个定理。

伯努利方程也被称为伯努利原理。当我们将这一原理应用于完美状态下的流体时,密度和压力都成反比。因此,与流动速度很快的流体相比,速度较低的流体将使用更多的力。

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伯努利定理

伯努利定理方程

伯努利方程的公式是容器内液体的力、动能和重力势能之间的主要关系。这个定理的公式可以给出为:

p+12ρv2+ρgh=稳定

根据上述公式,

“p”是液体施加的力

“v”是液体的速度

“ρ”是液体的密度

“h”是容器的高度

这个方程为力、速度和高度之间的稳定性提供了巨大的见解。

状态与伯努利定理的证明

考虑一种轻微粘度的液体以层流流动,那么整个势能、动能和压能都是恒定的。伯努利定理的示意图如下所示。

考虑密度为“ρ”的理想流体通过改变横截面在管道LM中移动。

设L&M端部的压力为P1、P2,L&M端的横截面积为A1、A2。

让液体以V1的速度进入,以V2的速度离开。

允许A1>A2

根据连续性方程

A1V1=A2V2

设A1高于A2(A1>A2),则V2>V1,P2>P1

在“t”时间内,在“L”结束时进入的液体的质量,则流体所覆盖的距离为v1t。

因此,在“时间”内通过流体端“L”端上的力所做的功可以推导为

W1=力x位移=第1页第1页

当相同的质量“m”在时间“t”离开“m”的末端时,流体通过v2t覆盖该距离

因此,由于“P1”压力,通过流体克服压力所做的功可以通过

W2=P2A2v2t

通过流体上的力在“t”时间内完成的网络如下所示

W=W1-W2

=P1A1v1t-P2A2v2t

这个功可以通过力在流体上完成,然后它会增加其势能和动能。

当流体中的动能增加

Δk=1/2m(v22-v12)

类似地,当流体中的势能增加时

Δp=mg(h2-h1)

基于工作能量的关系

P1A1第1版-P2A2第2版

=1/2米(v22-v12)-毫克(h2-h1)

如果没有液汇和液源,那么在“L”端进入的流体质量等于在“M”端从管道离开的流体质量,可以如下推导。

A1v1ρt=A2v2ρt=m

A1v1t=A2v2t=m/ρ

将该值代入上述等式,如P1A1v1t-P2A2v2t

P1 m/ρ–P2 m/ρ

1/2米(v22-v12)-毫克(h2-h1)

即P/ρ+gh+1/2v2=常数

局限性

伯努利定理的局限性包括以下内容。

  • 管道中部的流体颗粒速度最大,由于摩擦,沿管道方向缓慢降低。因此,简单地说,由于液体速度的粒子不一致,必须使用液体的平均速度。
  • 这个方程式适用于简化液体的供应。它不适用于湍流或非稳定流。
  • 液体的外力会影响液体的流动。
  • 这个定理最好适用于非粘性流体
  • 流体必须是不可压缩的
  • 如果流体在弯曲的车道上运动,那么必须考虑离心力产生的能量
  • 液体的流量不应随时间而变化
  • 在不稳定的流动中,一点动能可以转化为热能&在稠流中;由于剪切力的作用,一些能量可能会消失。因此,必须忽略这些损失。
  • 粘性的影响必须可以忽略不计

应用

这个伯努利定理的应用包括以下内容。

平行移动的船只

每当两艘船并排朝着相似的方向移动时,空气或水就会在中间,与船在远处时相比移动得更快。因此,根据伯努利定理,它们之间的力会减小。因此,由于压力的变化,由于吸引力,船只被拉向彼此的方向。

飞机

飞机是根据伯努利定理原理工作的。飞机的机翼有一个特定的形状。当飞机移动时,与低表面的假发形成对比的是,空气在飞机上高速流动。由于伯努利原理,机翼上方和下方的气流存在差异。因此,由于机翼上表面的气流,这一原理产生了压力的变化。如果力大于飞机的质量,那么飞机就会上升

雾化器

伯努利原理主要用于喷漆枪、昆虫喷雾器和化油器的动作。在这些情况下,由于活塞在气缸内的运动,可以在浸入流体中进行喷射的管道上提供高速空气。由于流体的上升,高速空气可以在管道上产生较小的压力。

屋顶吹扫

由于雨、冰雹、雪造成的大气问题,小屋的屋顶会被吹掉,而不会对小屋的另一部分造成任何伤害。吹过的风在屋顶上形成一个低重量。由于压力的差异,屋顶下的力大于低压;屋顶可以被风吹起来。

本生燃烧器

在这种燃烧器中,喷嘴通过高速产生气体。因此,燃烧器杆体内的力将减小。因此,来自环境的空气进入燃烧器。

马格努斯效应

一旦一个旋转的球被抛出,它就会在飞行中偏离其正常路径。这就是所谓的马格努斯效应。这种效应在板球、足球和网球等运动中起着至关重要的作用。

因此,这一切都是关于伯努利定理、方程、推导及其应用的概述。这里有一个问题要问你,是什么