Věda a technika v pozadí Obtékání

Celkový přehled Veřejnost MŠ 1. stupeň ZŠ 2. stupeň ZŠ SŠ VŠ

Jak exponát vypadá

Jak exponát vypadá:

Autor textu

Autor textu:

Mgr. Magda Králová

Exponát má na starosti

Exponát má na starosti:

Mgr. Kristýna Nová

O čem je tento exponát

O čem je tento exponát:

Když foukáte do balónku, může se stát, že namísto abyste ho odfoukli, držíte ho v proudu vzduchu tak, že z něj nevypadne? Říká se tomu Bernoulliho efekt a u nás ho můžete vidět hned na několika místech, třeba u exponátu Obtékání.

Bernoulliho rovnice je v Techmanii k vidění hned u několika exponátů. Tím jsou třeba Míčky ve Vodním světě a Obtékání v Edutoriu. Oba exponáty mají hodně společného. V jednom udržuje míček ve vzduchu proudící voda a v druhém vzduch.

Teorie

Uvažujme potrubí, které se v určitém místě sužuje. Tady dojde k nárůstu rychlosti, ale co se stane s tlakem?

Veličiny popisující proudění vody v různých částech potrubí lišících se průměrem.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.

Tento problém poprvé formuloval Daniel Bernoulli.

Bernoulliho rovnice vyjadřuje zákon zachování energie ideální kapaliny proudící ve vodorovné trubici. Platí i pro plyny. Ty ale při malé změně teploty mění své fyzikální vlastnosti – hustotu, viskozitu apod. a navíc na rozdíl od kapalin jsou stlačitelné.

Daniel Bernoulli.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Pavel Trnka. Under Creative Commons.

Základní tvar Bernoulliho rovnice platí jen pro ideální kapaliny, kde je průtok beze ztrát. Pro reálnou kapalinu se Bernoulliho rovnice doplňuje o ztrátovou výšku. Ke ztrátám dochází díky tření o stěny nádoby díky náhlé změně směru proudící kapaliny.

Z Bernoulliho rovnice vyplývá, že tlak proudící kapaliny klesá s rostoucí rychlostí. Při velkém zúžení trubice, kde rychlost proudu kapaliny značně vzroste, může tlak v kapalině klesnout tak, že bude menší než tlak atmosférický – v zúženém místě trubice vzniká podtlak. Jestliže v této zúžené části bude otvor, pak bude z okolí nasávat vzduch. Tento jev se také nazývá hydrodynamické paradoxon. Podtlak u proudícího vzduchu se využívá např. u rozprašovače, stříkací pistole, karburátoru nebo vodní vývěvy.

Zajímavost z námořnictví:
Na základě Bernoulliho rovnice můžeme vysvětlit „přitahování“ dvou rovnoběžně plujících lodí. Když plují dvě lodě spolu rovnoběžně, vzniká mezi jejich boky jakýsi kanál, v němž je v klidu voda, a pohybují se stěny. V zúžené části kanálu proudí voda rychleji a působí na stěny – lodě menším tlakem. Ale na vnější stěny působí voda tlakem větším. Důsledkem je přibližování obou lodí.

V exponátu na míček působí vždy dvě síly. Tíhová, která ho nutí spadnout, a odpor vzduchu (závisí na velikosti míče), který ho naopak tlačí vzhůru. Pokud jsou obě síly vyrovnané, pak se míček vznáší ve vzduchu. Proč ale míček nevypadne do stran? Pokud by se vychýlil na jednu stranu, tak na druhé straně míče bude vzduch proudit rychleji, zmenší se tu tlak a podle Bernoulliho rovnice se míček vtáhne zpět.