[实用新型]伯努利方程实验仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及物理教学仪器，尤其涉及一种可以验证伯努利方程的实验装置。

背景技术

在一个流体系统，比如气流中，流速越快，流体产生的压力就越小，这就是“伯努利定律”。伯努利效应适用于包括气体在内的一切流体，是流体做稳定流动时的基本现象之一，反映出流体的流速与压强的关系，流体的流速越大，压强越小；流体的流速越小，压强越大。相应地，伯努利方程是水力学三大基本方程之一，在工程设计中有大量的应用。

“伯努利方程实验仪”则是用于大学物理流体力学的教与学需要的定量验证实验仪。目前，大学实验室里现有的“伯努利方程实验仪”，用的是测水在不同横截面时的流速和压强大小，来验证“伯努利方程”成立，其设计复杂，误差大。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种伯努利方程实验仪，其操作简单、验证有效且成本低廉。

根据本实用新型的第一种实施方案，提供一种伯努利方程实验仪：

一种伯努利方程实验仪，它包括支架、支架座、烧杯、第一支架片、第一轴承、T型三通管、电机、转数记录器、数位化激光转速计、激光小孔、感光纸片贴及测量装置，其中支架安装在支架座上。支架座一侧(例如左侧)放置有烧杯，支架在与烧杯同一侧上部设有垂直于支架的竖直杆向外伸出的第一支架片。第一支架片上设有第一轴承，T型三通管的竖直管穿过第一轴承与第一支架片竖直向下没入烧杯。电机、转数记录器及数位化激光转速计均设置在支架上部的横杆上。电机与T型三通管连接，转数记录器与电机连接，支架上设置数位化激光转速计的横杆处开有激光小孔。T型三通管的横管在与激光小孔竖直对齐处设有感光纸片贴。测量装置用于测量T型三通管的竖直管内的水位上升高度。

优选的是，支架在设有第一支架片的同一侧设有与第一支架片对齐的第二支架片，第二支架片的高度低于第一支架片的高度。

优选的是，第二支架片上设有第二轴承。

在本实用新型中，第一支架片、第一轴承、第二支架片及第二轴承四者的中心在同一竖直线上，T型三通管的竖直管依次穿过第一轴承、第一支架片、第二轴承及第二支架片竖直向下没入烧杯。第一轴承和第二轴承用于支撑T型三通管的竖直管的旋转。

转数记录器用于记录T型三通管的转速n。

在本实用新型中，该实验仪还包括计时装置，用于记录T型三通管旋转的时间t。

在本实用新型中，数位化激光转速计、激光小孔及感光纸片贴三者的中心在同一竖直线上，数位化激光转速计用于根据T型三通管的转数n和时间t得出T型三通管的角速度。

优选的是，T型三通管由透明材质(例如玻璃、塑料)制成。

优选的是，电机为直流电机。

在本申请中，支架可设置为框形，包括竖直杆与上部的横杆。电机优选为直流电机，用于驱动T型三通管转动。T型三通管的竖直管管口的线速度即为空气相对管口的流速。为方便测量水位上升高度，T型三通管由透明材质制成，例如T型玻璃管。

其中T型三通管(6)的主管的长度是30-100cm，优选40-90cm，更优选50-80cm。当T型三通管(6)沿其主管旋转时，它的旋转半径是3-50cm，优选4-40cm，更优选4.5-20cm，更优选5-10cm。

根据本实用新型的第二种实施方案，提供一种使用上述装置验证伯努利方程的方法，该方法包括如下步骤：

1)测量T型三通管的竖直管半径r；

2)将电机与电源连接，在烧杯内装上适量的水，添加红墨水于烧杯内；

3)接通电源，同时启动计时装置，T型三通管旋转，水位上升，测量水位上升高度h，断开电源的同时计时停止，由转数记录器和停表记录转数n和时间t；

4)根据T型三通管旋转的转数n和时间t，可得角速度ω：从而计算出对应的T型三通管的竖直管管口相对流速v：

5)计算出ρ_水gh、进行比较，得出实验结论。

优选的是，该方法还包括：6)改变电压的高低，即改变T型三通管的旋转速度(旋转速度一般在1600～9200转/分钟范围内)，多次重复上述步骤计算并记录数据，比较并得出实验结论。

在本实用新型中，其设计思路为：

伯努利方程这里的常数是P₀(大气压)。

①T型三通管的竖直管内空气(压强为P)到管口的分析：

空气密度很小，从而气体高度差的影响不显著，可忽略不计，

即：