Каков механизм преобразования давления в скорость?

Я знаю, что это общий вопрос, но я не могу найти объяснение, которое могло бы ясно показать, как это происходит. Если мы возьмем уравнение Бернулли, зная его гипотезу, оно утверждает, что энергия постоянна между двумя заданными точками. Так что если давление падает, скорость должна расти.

Я знаю, что масса потока должна сохраняться, но одно дело — математическое объяснение, а также сам механизм. Как именно это происходит? Если скорость увеличивается, должно ли это быть из-за силы. Не гравитационная не поверхностная сила так какая?

Кроме того, если жидкости не могут быть сжаты и температура постоянна. Где хранится эта энергия «давления»?

РЕДАКТИРОВАТЬ: Мой вопрос связан с работой с гидравлическими насосами, в которых диффузоры используются для преобразования скорости в давление.

Это должно быть как-то связано с геометрией трубы, но я не могу понять, как жидкость, текущая со скоростью, отбрасывает часть жидкости, чтобы увеличить давление в более широком сегменте трубы. Больше места должно привести к меньшему давлению и большей скорости, поскольку у него больше свободного места.

Я ищу более «атомарный» ответ, такой как этот (он меня не полностью удовлетворяет):

Согласно принципу Бернулли, давление жидкости уменьшается при увеличении ее скорости (например, в сопле). Какова физическая причина этого?

Старый речной моряк сказал мне, когда я был ребенком: «Река там, где узкая, там быстрая, а там, где широкая, медленная». Почему? Я попросил. «Потому что (количество) воды, текущей в широком, такое же, как и в узком».
Либо у меня есть этот вопрос.... Спасибо, что спросили соответствующий @ Xcode X

Ответы (5)

В : Каков механизм преобразования давления в скорость?

А: Толкать.

Серьезно, это ответ. Уравнение Бернулли обычно формулируется как «давление падает, когда скорость увеличивается», но я нахожу его гораздо более ясным, когда формулируется наоборот: скорость увеличивается в узкой части трубы, потому что перед узкой частью существует большое давление, толкающее жидкость в трубу. узкая часть. Внутри узкой части жидкость уже разогнана, так что давление больше не требуется, чтобы поддерживать скорость .

(На самом деле, точнее говоря, именно градиент давления ускоряет жидкость, т. е. частицы на входе сильно выталкиваются сзади, но не так сильно сопротивляются спереди.)

Дело в том, что я не понимаю, как и почему молекулы жидкости могут менять давление на скорость. Я думал о проталкивании раньше, но в диффузорах все наоборот, скорость падает, а давление увеличивается, и проталкивание больше не работает. Что замедляет жидкость?
Давление замедляет движение жидкости! А именно, обратный градиент давления в этой точке: молекулы выходят из узкой части и натыкаются на «стену» более высокого давления, а сзади, в узкой, только более низкое давление, поэтому они испытывают чистый разрывной эффект.
@XcodeX: Расстояние. Это работает почти так же, как с канатами и блоками. Предположение, что жидкость не сжимаема, равносильно предположению, что веревки не растягиваются. Если жидкость нельзя сжать, то поток должен быть одинаковым во всей системе. Если расход (литры в секунду) везде одинаков, то при более узкой трубе жидкость ДОЛЖНА двигаться быстрее, чтобы поддерживать поток в литрах в секунду (в противном случае жидкость будет сжиматься). Точно так же, если труба шире, тогда жидкость ДОЛЖНА замедляться, чтобы поддерживать постоянное количество литров в секунду.
@XcodeX Это та же причина, по которой предметы отскакивают от стены, когда в нее бросают. Давление сохраняется как физическое напряжение между молекулами и преобразуется в скорость, поскольку сила реакции между молекулами от напряжения, которое они прикладывают друг к другу, внезапно уменьшается с одной стороны, тогда, очевидно, сила с другой стороны продолжает толкать и вызовет ускорение в направление пониженного давления.
@slebetman Но одно дело - знать, что жидкость должна ускоряться / замедляться, чтобы поддерживать массу потока, а другой - совершенно другой механизм, который это делает. Я знаю и уважаю закон сохранения энергии и массы, но могу видеть, как отдельные атомы делают то, что они делают.

Обычно (исключая ядерные реакции и т. д.) в основе всего лежит электромагнитное («эм» отсюда и далее) отталкивание. Толчок есть не что иное, как электромагнитное отталкивание между тем, что толкает, и тем, что толкают.

Если то, что толкают, достаточно прочно, чтобы приложить равную и противоположную им силу, то движения нет, даже если есть давление с обеих сторон. В противном случае он смещается из-за отталкивания, которое становится скоростью. Давление есть не что иное, как отталкивание на единицу площади.

Притяжение также может вызвать давление, но отталкивание необходимо, чтобы осознать давление. Точно так же, как гравитация (притяжение), вызывает давление между вашими ногами и землей, но давление реализуется только за счет отталкивания между электронами в вашей обуви и электронами в земле, где вы стоите.

Более быстрое (параллельное) движение жидкости/воздуха имеет меньше шансов вызвать это отталкивание и, следовательно, принцип Бернулли.

Итак, чтобы ответить на ваш вопрос, ЭМ вызывает толчок / давление, что вызывает смещение, что приводит к скорости.

В одном из ваших комментариев - «скорость падает, а давление увеличивается» - в основном, противодействующая сила достаточно устойчива, чтобы замедлить смещение и, таким образом, позволить давлению увеличиваться до точки, в которой оно соответствует толчку источника.

На самом деле, это отличное объяснение!!!!! Другое мышление!!!

Уравнение Бернулли уравновешивает энергию, а не сами силы.

Давление подобно потенциальной энергии. Это бесполезно, пока не будет перепада давления, на который можно воздействовать. Когда давлению позволяют воздействовать на перепад, жидкость течет от высокого к низкому давлению. Это создает силу на жидкость, заставляя ее ускоряться.

Поскольку мы уже знаем давление и хотим скорость, определение силы, действующей на саму жидкость, — напрасный шаг. Вместо этого вы можете использовать энергетический баланс, чтобы напрямую связать изменение давления с изменением скорости. Простой вопрос заключается в том, чтобы предположить отсутствие чистой потери энергии и что изменятся только давление и скорость.

Энергия давления хранится в любом контейнере, способном удерживать давление. Если есть открытый конец, жидкость будет проходить через открытый конец и терять давление. Это потерянное давление станет скоростью благодаря сохранению энергии. Давление само по себе не является полезной энергией, вам нужна разница давлений, чтобы использовать ее (то же самое относится к потенциалу напряжения, а также к температуре).

Я имел в виду, как он хранится в жидкости. С жидкостью не совершается никакой работы, поэтому она должна как-то храниться в ней. возможно электростатическое отталкивание между молекулами жидкости?
В газах давление является мерой столкновений между газом и контейнером, увеличение скорости с температурой приводит к «более сильным» столкновениям, а значит и к большему давлению. Но как быть с жидкостями?
Она хранится в виде внутренней энергии в жидкости. Жидкость или газ давление делает то же самое. Больше столкновений, больше давления, жидкости или газа. В любом случае она запасается в виде потенциальной энергии в жидкости. Стенки контейнера удерживают внутреннюю энергию жидкости. Если вы открываете контейнер, внутренняя энергия давления высвобождается, вытесняя жидкость из отверстия.
Этого не может быть, потому что повышение температуры в жидкостях не увеличивает давление, как это происходит в газах.
Кто тебе это сказал? Если вы повысите температуру жидкости в закрытом сосуде, вы повысите давление. Принцип тот же, что и у газа. Пока вы находитесь в закрытом контейнере, давление будет увеличиваться.
Извините, я плохо объяснил. Я имел в виду, что это не совсем то же самое, что и в уравнениях Бернуйи тепло не учитывается, поэтому изменение давления должно быть каким-то типом перестройки скорости / давления.
Да; в уравнениях Бернулли вы предполагаете, что температура изменяется недостаточно, чтобы иметь драматические последствия. Давление расширяющейся воды также незначительно по сравнению с газом, потому что жидкости, очевидно, не очень хорошо следуют закону идеального газа и просто немного расширяются из-за изменений плотности. Но да, уравнение Бернулли — это простое уравнение энергетического баланса, как и на базовых уроках физики. Кинетика + Потенциал остается одинаковой в обеих ситуациях. Вы учитываете только потенциал гравитации и перепада давления; предполагая, что все остальное, что имеет эффект, слишком мало, чтобы заботиться. Извините за сумбурность.
Жидкости @XcodeX также сжимаются. Они просто не сжимаются почти так же хорошо, как газы (где идеальный газ имеет объем, линейный по отношению к давлению и температуре) — но это не имеет большого значения для «накопления давления» — чем сложнее что-то сжать, тем больше энергии приходится на единицу энергии. изменение громкости, которое вы сохраняете. Нужно различать идеализированные модели, где жидкости совершенно несжимаемы, и реальность, где жидкости сжимаются и самопроизвольно «испаряются» в условиях низкого давления и т. д., а трубы гибкие и… Плотность морской воды в глубине океана около 2,5. % выше, чем на поверхности.

Начнем с того, где хранится энергия давления.

Ни одна жидкость не является действительно несжимаемой, только почти несжимаемой. Частицы имеют очень четкое представление о том, как далеко друг от друга они «хотят» находиться, но их можно убедить немного сблизиться.

Вот что такое высокое давление, когда частицы неудобно теснятся друг к другу. Вы можете визуализировать это как каждую частицу, толкающую своих соседей, но никто не двигается слишком сильно, потому что этот толчок исходит со всех сторон. Частицы также давят на контейнер, но контейнер отталкивает обратно.

Это потенциальная энергия. Вы можете визуализировать это как маленькую сжатую пружину между каждой парой слишком близких соседей.

И вдруг появляется отверстие, через которое могут улетучиваться частицы! Первый слой частиц выталкивается только с одной стороны и выбрасывается с высокой скоростью, затем второй слой становится новым самым внешним слоем и выбрасывается по очереди. И так далее.

Теперь энергия этих сжатых пружин превратилась в кинетическую энергию.

Я попытался изобразить частицы пружины, но на самом деле это работает иначе! Чем шире труба, тем больше давление и наоборот. ссылка . Если бы они были похожи на пружины в более широкой части, у них было бы больше места и меньше давления, поскольку они могли бы ослабить свое давление.
Это правильный ответ. Термин «несжимаемая жидкость» следует изучать с осторожностью, иначе он сделает невозможным реальное понимание того, что происходит.

Я думаю, что могу добавить кое-что к объяснениям других людей. Некоторые люди упоминали, что более высокое давление означает большую накопленную энергию (потенциальную энергию). Это правильно. А также то, что это давление отвечает за ускорение частиц до более высокой скорости при сужении. Это также верно. Однако неверно говорить, что понижение давления происходит в результате перехода потенциальной энергии в кинетическую. То есть дело не в том, что частицы имеют меньшую кинетическую энергию (что означало бы более низкую температуру).

На самом деле происходит то, что частицы в среднем раздвигаются дальше друг от друга в зоне более высоких скоростей (см. рисунок ниже).

молекулярное описание 1-й зоны ускорения

На рисунке представлена ​​одномерная модель цепочки вибрирующих молекул, движущихся, скажем, слева направо с постоянной скоростью (верхнее изображение), пока они не попадут в зону с более высокой скоростью (нижнее изображение). Кружки представляют выборку положений частиц, так что более вероятные положения имеют больше кругов, сгруппированных рядом с ними.

Так же, как и при движении молекул в трубе, нужно представить, как молекулы колеблются взад и вперед. Это колебательное движение накладывается на среднюю скорость влево-вправо. Температура жидкости дает среднюю кинетическую энергию молекул из-за хаотического движения (вычитая компонент из-за средней скорости). Когда частицы проходят через зону с более высокой скоростью (например, сужение в трубе), они становятся более разделенными, что снижает частоту столкновений . В основном это вызывает понижение давления, так как меньшее количество ударов в единицу времени и площади приводит к меньшей общей силе на единицу площади.

Верно, как отмечали другие, частицы используют часть своей кинетической энергии для ускорения, немного понижая свою температуру. Однако обычно это очень малая доля их вибрационной скорости, так что изменение температуры невелико. Изменение расстояния между частицами является реальной причиной падения давления (потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию).

Я надеюсь, что это объяснение поможет вам и другим понять этот часто задаваемый вопрос. Я также хотел бы отметить, что этот вопрос задавался на этом сайте с вариациями в других случаях:

Как мы можем интуитивно понять идею о том, что когда скорость жидкости увеличивается, давление жидкости уменьшается?

Почему в открытой части трубы давление больше, чем в суженной?

Также связано

Почему уменьшение скорости приведет к увеличению давления?

Дополнительные пояснения даны в

Микроскопический источник давления в несжимаемой жидкости

Каков механизм преобразования давления в скорость?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v