Номер 3, страница 152, часть 1 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 4. Механика жидкостей и газов. Параграф 35. Закон Бернулли. Вопросы и задания - номер 3, страница 152.

Условие.

3. Приведите примеры использования закона Бернулли в природе и технике.

Решение.

Закон Бернулли описывает связь между давлением, скоростью и высотой для движущейся жидкости или газа. Он является следствием закона сохранения энергии. Уравнение Бернулли для идеальной несжимаемой жидкости гласит, что вдоль линии тока сумма статического, динамического и гидростатического давлений является величиной постоянной:

$p + \frac{\rho v^2}{2} + \rho g h = \text{const}$

где $\text{p}$ – статическое давление в потоке, $\rho$ – плотность жидкости, $\text{v}$ – скорость потока, $\text{g}$ – ускорение свободного падения, а $\text{h}$ – высота. Из этого закона следует важный вывод: в тех областях потока, где скорость движения жидкости или газа выше, давление ниже, и наоборот (при пренебрежимо малом изменении высоты).

Примеры в технике

1. Крыло самолета. Профиль крыла самолета имеет такую форму, что воздух над верхней выпуклой поверхностью движется быстрее, чем под нижней, более плоской поверхностью. Согласно закону Бернулли, более высокая скорость воздушного потока над крылом создает область пониженного давления. Разница давлений под крылом (где оно выше) и над ним (где оно ниже) создает подъемную силу, которая позволяет самолету лететь.

2. Пульверизатор (распылитель). В таких устройствах, как флаконы для духов или краскопульты, струя воздуха с высокой скоростью проходит над отверстием трубки, опущенной в жидкость. Быстрый поток воздуха создает область низкого давления. Атмосферное давление, действующее на поверхность жидкости в емкости, выталкивает ее вверх по трубке, где она подхватывается струей воздуха и распыляется на мелкие капли.

3. Карбюратор двигателя. Воздух, поступающий в двигатель, проходит через сужение, называемое диффузором (трубка Вентури). В этом сужении скорость воздушного потока возрастает, а давление падает. Из-за разницы давлений топливо из поплавковой камеры засасывается в поток воздуха, образуя горючую смесь для цилиндров двигателя.

4. Парусный спорт. Парус работает по тому же принципу, что и крыло самолета. Обтекая выпуклую сторону паруса, ветер ускоряется, создавая зону низкого давления. Это позволяет яхтам двигаться даже против ветра (идти галсами).

5. Эффект притяжения судов. Когда два корабля движутся параллельными курсами на небольшом расстоянии друг от друга, скорость течения воды между ними увеличивается. Это приводит к падению давления в пространстве между бортами, в то время как с внешних сторон давление остается выше. В результате возникает сила, стремящаяся сблизить корабли.

Ответ: В технике закон Бернулли применяется для создания подъемной силы в авиации, для распыления и смешивания жидкостей и газов в пульверизаторах и карбюраторах, а также объясняет различные гидро- и аэродинамические эффекты.

Примеры в природе

1. Полет птиц и насекомых. Полет живых существ основан на том же принципе, что и полет самолета. Особая форма крыльев и их движения создают разницу в скоростях потока воздуха над и под крылом, что приводит к возникновению подъемной силы.

2. Вентиляция нор грызунов. Некоторые животные, например, луговые собачки, строят норы с двумя выходами на разной высоте. Один вход расположен на уровне земли, а другой — на вершине небольшого холмика. Ветер, дующий над поверхностью, имеет большую скорость над более высоким выходом. Это создает разницу давлений между входами, что обеспечивает постоянную пассивную циркуляцию воздуха в норе.

3. Срыв крыш во время урагана. Сильный ветер, обтекающий крышу дома, движется с очень высокой скоростью. Это создает над крышей область сильно пониженного давления. Нормальное атмосферное давление внутри дома становится значительно выше, и возникающая разница давлений выталкивает крышу вверх, что может привести к ее срыву.

4. Кровообращение. В местах сужения кровеносных сосудов (стеноз) скорость кровотока увеличивается, а давление на стенки сосуда, согласно закону Бернулли, падает. Это может привести к спадению (коллапсу) сосуда в этом месте.

Ответ: В природе проявления закона Бернулли можно наблюдать в механизмах полета птиц и насекомых, в системах естественной вентиляции нор животных, в разрушительном действии ураганного ветра и в процессах, связанных с кровообращением.