ما هو مبدأ برنولي؟
ينص مبدأ برنولي الذي صاغه دانيال برنولي على أنّه مع زيادة سرعة المائع المتحرك (سائل أو غاز)، ينخفض الضغط داخل السائل. على الرغم من استنتاج برنولي للقانون، كان ليونارد أويلر هو من اشتق معادلة برنولي بشكلها المعتاد في عام 1752.
ينص مبدأ برنولي على أنّه: تظل الطاقة الميكانيكية الكلية للسائل المتحرك التي تشتمل على طاقة وضع الجاذبية للارتفاع، والطاقة المرتبطة بضغط السائل والطاقة الحركية لحركة المائع، ثابتة.
نظرية برنولي في ديناميات الموائع هي أن العلاقة بين الضغط والسرعة والارتفاع في سائل متحرك (سائل أو غاز)، وقابلية الانضغاط واللزوجة (الاحتكاك الداخلي) التي لا تكاد تذكر وتدفقها ثابت، أو رقائقي. اشتق لأول مرة (1738) من قبل عالم الرياضيات السويسري دانييل برنولي.
تنص النظرية في الواقع، على أنّ إجمالي الطاقة الميكانيكية للسائل المتدفق، والتي تشتمل على الطاقة المرتبطة بضغط المائع وطاقة الجاذبية الكامنة للارتفاع والطاقة الحركية للسائل، حيث إن الحركة تبقى ثابتة. نظرية برنولي هي مبدأ الحفاظ على الطاقة للسوائل المثالية في التدفق الثابت، أو الانسيابي وهي الأساس للعديد من التطبيقات الهندسية.
صيغة مبدأ برنولي:
صيغة معادلة برنولي هي العلاقة بين الضغط والطاقة الحركية وطاقة الجاذبية الكامنة لسائل في الحاوية. يتم تقديم صيغة مبدأ برنولي على النحو التالي: (p + 12 ρ v2 + ρgh =constant).
حيث إن p هو الضغط الذي يمارسه السائل، v هي سرعة السائل، ρ هي كثافة السائل، h هو ارتفاع الحاوية وتعطي معادلة برنولي نظرة ثاقبة على التوازن بين الضغط والسرعة والارتفاع. إذا كان السائل في تدفق انسيابي وغير قابل للضغط، فيمكننا القول أنّ كتلة السائل التي تمر عبر مقاطع عرضية مختلفة متساوية.
تشير نظرية برنولي إلى أنّه إذا كان السائل يتدفق أفقيًا بحيث لا يحدث أي تغيير في طاقة وضع الجاذبية، فإنّ انخفاض ضغط المائع يرتبط بزيادة سرعة السائل. إذا كان السائل يتدفق عبر أنبوب أفقي ذي مساحة مقطع عرضي متفاوتة، على سبيل المثال: فإنّ السائل يتسارع في المناطق الضيقة.
بحيث يكون الضغط الذي يمارسه المائع أقل عندما يكون المقطع العرضي أصغر. تسمى هذه الظاهرة أحيانًا بتأثير الفنتوري، على اسم العالم الإيطالي ج. فينتوري (1746-1822)، الذي لاحظ أولاً تأثيرات القنوات الضيقة على تدفق السوائل.
استخدام مبدأ برنولي:
يستخدم مبدأ برنولي لدراسة التدفق المحتمل غير المستقر الذي يستخدم في نظرية موجات سطح المحيط والصوتيات. كما أنّها تستخدم لتقريب المعلمات مثل الضغط وسرعة السائل.
التطبيقات الأخرى لمبدأ برنولي هي:
- مقياس فنتوري: هو جهاز يعتمد على نظرية برنولي ويستخدم لقياس معدل تدفق السائل عبر الأنابيب.
عندما نقف في محطة سكة حديد ويأتي قطار: فإنّنا نميل إلى السقوط نحو القطار. يمكن تفسير ذلك باستخدام مبدأ برنولي مع مرور القطار، تزداد سرعة الهواء بيننا وبين القطار. ومن هنا يمكننا القول من المعادلة أنّ الضغط يتناقص، وبالتالي يدفعنا الضغط من الخلف نحو القطار. هذا يعتمد على تأثير برنولي.
العلاقة بين حفظ الطاقة ومعادلة برنولي:
يتم تطبيق الحفاظ على الطاقة في تدفق السوائل لإنتاج معادلة برنولي. صافي العمل المنجز هو نتيجة للتغيير في الطاقة الحركية للسائل وطاقة وضع الجاذبية. يمكن تعديل معادلة برنولي اعتمادًا على شكل الطاقة المستخدمة. تشمل الأشكال الأخرى للطاقة تبديد الطاقة الحرارية بسبب لزوجة السوائل.
بماذا تشتهر برنولي؟
شرح دانييل برنولي كيف تؤثر سرعة السائل على ضغط السائل الذي يُعرف بتأثير برنولي وشرح أيضًا النظرية الحركية للغازات. كان هذان هما أعظم مساهماته في العلوم وجعله المفهومان مشهوراً. وفقًا لتأثير برنولي، حاول توضيح أنّه عندما يتدفق سائل عبر منطقة تزداد فيها السرعة، فإنّ الضغط سينخفض.
وجدت تأثيرات برنولي أنّ العديد من التطبيقات الواقعية مثل أجنحة الطائرة تستخدم لتوفير المصعد إلى الطائرة. تعتبر معادلة برنولي بمثابة بيان للحفاظ على الطاقة للسوائل التي تتدفق. يعتبر هذا السلوك النوعي الذي يخفض الضغط في المناطق ذات السرعات العالية، حيث يسمى هذا بتأثير برنولي.
ما هو فقدان الرأس في معادلة برنولي؟
فقدان الرأس في معادلة برنولي هو تمثيل الانخفاض في الضغط الكلي الذي يمثل مجموع رأس السرعة ورأس الضغط ورأس الارتفاع للسائل المتدفق عبر النظام الهيدروليكي.
