Почему давление в сифоне 1 атм на дне трубы? - физиков.нет
Купить гитару в Москве
1 голос
/

I assume the area of horizontal cross section of beaker at the top to be way larger than the area of horizontal cross section of pipe

Я предполагаю, что площадь горизонтального поперечного сечения стакана в верхней части намного больше, чем площадь горизонтального поперечного сечения трубы

Я думаю, что на той же глубине давление определенной жидкости, которая связана друг с другом, как в манометре, должно быть одинаковым. Но в сифоне это, похоже, не так, и это причина моего вопроса.

Почему на дне трубы сифона давление составляет 1 атм? Я знаю, что говорят, что давление обеспечивается атмосферой. Но почему давление не увеличивается из-за увеличения глубины?

Ответы [ 3 ]

0 голосов
/

В этой системе необходимо учитывать сопротивление вязкого трения жидкости в анализе, а не просто рассматривать жидкость как невязкую. Все жидкости проявляют вязкое фрикционное поведение, и в данном случае оно является доминирующим. Если пренебречь увеличением и уменьшением кинетической энергии жидкости в области входа и выхода сифона в верхнем и нижнем резервуарах, то имеем: $$\rho g h = \frac{1}{2}\rho v^2 f \left[\frac{4L}{D}\right]$$ где L - общая длина сифонной трубки, D - диаметр сифонной трубки, h - разность высот между уровнями 1 и 3, а f - коэффициент трения Фаннинга (постоянная для очень шероховатой трубы и функция число Рейнольдса для гладкой трубы). Таким образом, давление в точке 1 в нижней части сифона определяется следующим образом: $$P_{1, down-leg}=P_{atm}-\rho g h+\frac{1}{2}\rho v^2 f \left[\frac{4h}{D}\right]=P_{atm}-\frac{1}{2}\rho v^2 f \left[\frac{4(L-h)}{D}\right]$$ Таким образом, давление на уровне 1 в нижней части ноги ниже атмосферного из-за падения давления трения по всей длине петли трубки между уровень жидкости в верхнем баке и уровень 1 в нижней части. Это соответствует атмосферному давлению на поверхности жидкости в верхнем резервуаре.

Все эти результаты согласуются с атмосферным давлением жидкости на поверхности обоих резервуаров.

0 голосов
/

Давление в точках p3 и p1 должно быть атмосферным, поскольку жидкость в этих точках находится в прямом контакте с атмосферным давлением. Когда жидкость движется, вы не можете просто принять во внимание высоту. Система управляется уравнением Бернулли.

$P+\rho\ g\ h +\frac{\rho\ v^2}{2}=\text{Constant}$

, где

$P$ - это давление, а $\rho$ - это плотность жидкости. Скорость $v$ будет зависеть от вязкости жидкости, высоты сифона, шероховатости трубы, площади поперечного сечения трубы и т. Д.

Уравнение Бернулли - это просто сохранение энергии.

0 голосов
/

Почему на дне трубы сифона давление составляет 1 атм?

Давление в нижней части правой колонки фактически больше, чем $1\; \mathrm{atm}$, то есть оно больше, чем давление на поверхности нижнего сосуда, которое составляет $1\; \mathrm{atm}$.

Другими словами, давление вдоль горизонтальной линии $P_3$ меняется: от более высокого давления прямо под колонной к более низкому давлению на поверхности. Вот почему жидкость постоянно движется. Давление вдоль этой линии было бы постоянным, если бы жидкость находилась в равновесии или в статическом состоянии, что в рабочем сифоне не соответствует действительности.

Если мы посмотрим на всю картину, то можно примерно сказать (не вдаваясь в подробности о различных механизмах, участвующих в работе сифона), что жидкость в сифоне движется из-за разницы высот между левым и правым столбцами, что вносит дисбаланс, несмотря на равенство атмосферного давления в обоих сосудах.

Поскольку из-за этого дисбаланса жидкость движется, распределение давления вдоль ее пути не может быть определено на основе принципов гидростатики.

Добро пожаловать на сайт физиков.нет, где вы можете задавать вопросы и получать ответы от других членов сообщества.
...