Решение: Взаимодействие шариков в потоке воздуха
Статья к заданиюУчебный текст по физике: «Закон Бернулли»
Прочитайте текст и выполните задания.
Закон Бернулли
Один из важнейших законов в разделе физики, изучающем движение потоков жидкости или газа, – закон Бернулли.
Рассмотрим закон Бернулли на примере движения жидкости в трубе переменного сечения (рис. 1). В широких частях трубы жидкость должна течь медленнее, чем в узких, так как количество жидкости, протекающей за одинаковые промежутки времени, одинаково для всех сечений трубы. Давление же внутри жидкости, которое измеряется с помощью манометрических трубок, ведёт себя противоположным образом: давление жидкости больше там, где скорость движения жидкости меньше, и наоборот. Эта зависимость между скоростью жидкости и её давлением известна
в физике как закон Бернулли.
Рисунок 1
Закон Бернулли позволяет объяснить возникновение подъёмной силы – силы, поднимающей самолёт в воздух. Установим крыло под углом к потоку (рис. 2). Скорость движения воздушного потока над верхней поверхностью крыла становится больше скорости под нижней поверхностью. Соответственно, давление воздуха на верхнюю поверхность крыла меньше, чем давление на нижнюю поверхность. Из-за разницы давлений возникает подъёмная сила крыла самолёта.
Рисунок 2
Между двумя воздушными шариками, подвешенными на нитях на некотором расстоянии друг от друга, с помощью фена продувают воздух. Что при этом происходит с шариками: они притягиваются друг к другу или отталкиваются? Ответ поясните.
Используйте закон Бернулли, изложенный в общем материале к заданию.
Решение по шагам
4 шагаПри продувании воздуха феном скорость потока между шариками становится больше, чем скорость воздуха с внешних сторон шариков.
$$v_{\text{между}} > v_{\text{снаружи}}$$Согласно закону Бернулли, с увеличением скорости движения газа его давление уменьшается.
$$p + \dfrac{\rho v^2}{2} = \mathrm{const}$$Давление воздуха между шариками меньше давления воздуха с их внешних сторон. Разность давлений создаёт результирующую силу, направленную внутрь, к промежутку между шариками.
$$p_{\text{между}} < p_{\text{снаружи}}$$Поэтому шарики притягиваются друг к другу.
Шарики притягиваются друг к другу: между ними скорость воздуха больше, поэтому давление там меньше, чем с внешних сторон. Разность давлений прижимает шарики друг к другу.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Утверждать, что шарики отталкиваются из-за движения воздуха между ними.
Не объяснять явление разностью давлений.
Неверно применять закон Бернулли и считать, что при большей скорости потока давление увеличивается.