Закон Бернулли
Зако́н Берну́лли (также уравне́ние Берну́лли, теоре́ма Берну́лли или интегра́л Берну́лли) устанавливает зависимость между скоростью стационарного потока жидкости и её давлением. Согласно этому закону, если вдоль линии тока давление жидкости повышается, то скорость течения убывает, и наоборот. Количественное выражение закона в виде интеграла Бернулли является результатом интегрирования уравнений гидродинамики идеальной жидкости (то есть без вязкости и теплопроводности).

История
Для случая несжимаемой жидкости результат, эквивалентный современному уравнению Бернулли, был опубликован в 1738 году Даниилом Бернулли. В современном виде интеграл был опубликован Иоганном Бернулли в 1743 году для случая несжимаемой жидкости, а для некоторых случаев течений сжимаемой жидкости — Эйлером в 1757 году.
Интеграл Бернулли в несжимаемой жидкости
| Полное давление | |
|---|---|
| Размерность | |
| Единицы измерения | |
| СИ | Дж/м3 = Па |
| СГС | эрг/см3 |
| Примечания | |
| Постоянно вдоль линии тока стационарного течения несжимаемой жидкости. | |
Для стационарного течения несжимаемой жидкости уравнение Бернулли может быть получено как следствие закона сохранения энергии. Закон Бернулли утверждает, что величина сохраняет постоянное значение вдоль линии тока:
Здесь
— плотность жидкости;
— скорость потока;
— высота;
— давление;
— ускорение свободного падения.

Элементарный вывод уравнения Бернулли из закона сохранения энергии приведён, например, в учебнике Д. В. Сивухина. Рассматривается стационарное движение жидкости вдоль линии тока, изображённое на рисунке. Слева на объем жидкости, первоначально заключённый между двумя сечениями и
, действует сила
, а справа — противоположного направления сила
. Скорость
и давление
в сечениях 1 и 2, а также их площади обозначены нижними индексами 1 и 2. За бесконечно малое время
левая граница этого объёма жидкости сместилась на малое расстояние
, а правая — на расстояние
. Работа, совершённая силами давления, равна:
В начале интервала времени объем жидкости, заключённый между двумя поверхностями
и
, состоит из левого голубого элемента и средней синей части, в конце этого интервала сместившийся объём состоит из средней синей части и правого голубого элемента. Так как течение стационарное, вклад синего фрагмента в энергию и массу обсуждаемого объёма жидкости не меняется, а сохранение массы позволяет заключить, что масса левого голубого элемента равна массе правого голубого элемента:
Поэтому работа сил, выражение для которой можно преобразовать к виду:
равна изменению энергии, равному, в свою очередь, разности энергий правого голубого элемента
и левого голубого элемента
.
Для несжимаемой жидкости можно, во-первых, в выражении для работы положить и, во-вторых, в выражении для энергии элемента жидкости ограничиться кинетической и потенциальной энергией:
После этого равенство
даёт:
, или
.
Константа в правой части (может различаться для различных линий тока) иногда называется полным давлением. Могут также использоваться термины «весовое давление» , «статическое давление»
и «динамическое давление»
. По словам Д. В. Сивухина, нерациональность этих понятий отмечалась многими физиками.
Размерность всех слагаемых — единица энергии на единицу объёма. Первое и второе слагаемое в интеграле Бернулли имеют смысл кинетической и потенциальной энергии, приходящейся на единицу объёма жидкости. Третье слагаемое по своему происхождению является работой сил давления (см. приведённый выше вывод уравнения Бернулли), но в гидравлике может называться «энергией давления» и частью потенциальной энергии).
Вывод формулы Торричелли из закона Бернулли

В применении к истечению идеальной несжимаемой жидкости через малое отверстие в боковой стенке или дне широкого сосуда закон Бернулли даёт равенство полных давлений на свободной поверхности жидкости и на выходе из отверстия:
где
— высота столба жидкости в сосуде, отсчитанная от уровня отверстия,
— скорость истечения жидкости,
— атмосферное давление.
Отсюда: . Это — формула Торричелли. Она показывает, что при истечении жидкость приобретает скорость, какую получило бы тело, свободно падающее с высоты
. Или, если истекающую из малого отверстия в сосуде струю направить вверх, в верхней точке (в пренебрежении потерями) струя достигнет уровня свободной поверхности в сосуде.
Другие проявления и применения закона Бернулли
Приближение несжимаемой жидкости, а с ним и закон Бернулли справедливы и для ламинарных течений газа, если только скорости течения малы по сравнению со скоростью звука.
Вдоль горизонтальной трубы координата постоянна и уравнение Бернулли принимает вид
. Отсюда следует, что при уменьшении сечения потока из-за возрастания скорости давление падает. Эффект понижения давления при увеличении скорости потока лежит в основе работы расходомера Вентури и струйного насоса.
Закон Бернулли объясняет, почему суда, движущиеся параллельным курсом, могут притягиваться друг к другу (например, такой инцидент произошёл с лайнером «Олимпик»).
Применение в гидравлике
Последовательное применение закона Бернулли привело к появлению технической гидромеханической дисциплины — гидравлики. Для технических приложений часто уравнение Бернулли записывается в виде, в котором все члены разделены на «удельный вес» :
где имеющие размерность длины члены в этом уравнении могут иметь следующие названия:
| Напор | |
|---|---|
| Размерность | |
| Единицы измерения | |
| СИ | метр |
| Примечания | |
| Полное давление, делённое на удельный вес. | |
— гидравлическая высота или напор,
— нивелирная высота,
— пьезометрическая высота или (в сумме с нивелирной высотой) гидростатический напор,
— скоростная высота или скоростной напор.
Закон Бернулли справедлив только для идеальных жидкостей, в которых отсутствуют потери на вязкое трение. Для описания течений реальных жидкостей в технической гидромеханике (гидравлике) используют интеграл Бернулли с добавлением слагаемых, приближённо учитывающих различные «гидравлические потери напора».
Интеграл Бернулли в баротропных течениях
Уравнение Бернулли может быть выведено и из уравнения движения жидкости. При этом течение предполагается стационарным и баротропным. Последнее означает, что плотность жидкости или газа не обязательно постоянна (как у предполагавшейся ранее несжимаемой жидкости), но является функцией только давления: , что позволяет ввести функцию давления
В этих предположениях величина
постоянна вдоль любой линии тока и любой вихревой линии. Соотношение справедливо для течения в любом потенциальном поле, при этом заменяется на потенциал массовой силы
.
Уравнение Громеки — Лэмба (квадратные скобки обозначают векторное произведение) имеет вид:
В силу сделанных предположений
и
(в частном случае однородной силы тяжести её потенциал равен
), так что уравнение Громеки — Лэмба принимает вид:
Скалярное произведение этого уравнения на единичный вектор касательный к линии тока, даёт:
так как произведение градиента на единичный вектор даёт производную по направлению , а векторное произведение перпендикулярно направлению скорости. Следовательно, вдоль линии тока
Такое соотношение справедливо и для вихревой линии, касательный вектор к которой в каждой точке направлен по
Для безвихревых баротропных течений, скорость которых может быть выражена в виде градиента потенциала скорости , интеграл Бернулли в виде
сохраняется также в нестационарных течениях, причём постоянная в правой части имеет одинаковое значение для всего течения.
Формула Сен-Венана — Ванцеля
Если в течении совершенного газа выполняется адиабатический закон
то уравнение Бернулли выражается так (вкладом от силы тяжести обычно можно пренебречь):
вдоль линии тока или вихревой линии. Здесь
— показатель адиабаты газа, выражающийся через теплоёмкости при постоянном давлении и при постоянном объёме,
— давление и плотность газа,
— условно выбранные постоянные (одинаковые для всего течения) значения давления и плотности.
С помощью полученной формулы находят скорость газа, вытекающего из сосуда с высоким давлением через малое отверстие. Удобно давление и плотность газа в сосуде, скорость газа в котором равна нулю, принять за тогда скорость истечения выражается через внешнее давление
по формуле Сен-Венана — Ванцеля:
Термодинамика закона Бернулли
Из термодинамики следует, что вдоль линии тока любого стационарного течения идеальной жидкости
где — энтальпия единицы массы,
— гравитационный потенциал (равный
для однородной силы тяжести),
— энтропия единицы массы.
1. Уравнение Эйлера для стационарного () движения идеальной жидкости в поле силы тяжести имеет вид
где ускорение силы тяжести можно выразить через гравитационный потенциал (для однородного поля
), точка между векторами в круглых скобках означает их скалярное произведение.
2. Скалярное произведение этого уравнения на единичный вектор касательный к линии тока даёт
так как произведение градиента на единичный вектор даёт производную по направлению
3. Термодинамическое дифференциальное соотношение
где — энтальпии единицы массы,
— температура и
— энтропия единицы массы, даёт
так что
В стационарном течении идеальной жидкости все частицы, движущиеся вдоль данной линии тока, имеют одинаковую энтропию (), поэтому вдоль линии тока:
Интеграл Бернулли применяют в инженерных расчётах, в том числе для сред, весьма далёких по своим свойствам от идеального газа, например для водяного пара, используемого в качестве теплоносителя в паровых турбинах. При этом могут использоваться так называемые диаграммы Молье, представляющие удельную энтальпию (по оси ординат) как функцию удельной энтропии (по оси абсцисс), и, например, давления (или температуры) в виде семейства изобар (изотерм). В этом случае последовательность состояний вдоль линии тока лежит на некоторой вертикальной линии (). Длина отрезка этой линии, отсекаемого двумя изобарами, соответствующими начальному и конечному давлению теплоносителя, равна половине изменения квадрата скорости.
Обобщения интеграла Бернулли
Интеграл Бернулли также сохраняется при переходе потока через фронт ударной волны, в системе отсчета, в которой ударная волна покоится. Однако при таком переходе энтропия среды не остаётся постоянной (возрастает), поэтому соотношение Бернулли является лишь одним из трёх соотношений Гюгонио, наряду с законами сохранения массы и импульса, связывающих состояние среды за фронтом с состоянием среды перед фронтом и со скоростью ударной волны.
Известны обобщения интеграла Бернулли для некоторых классов течений вязкой жидкости (например, для плоскопараллельных течений), в магнитной гидродинамике, феррогидродинамике. В релятивистской гидродинамике, когда скорости течения становятся сравнимыми со скоростью света , интеграл формулируется в терминах релятивистски инвариантных удельной энтальпии и удельной энтропии.
Комментарии
- В записи Д.Бернулли в явном виде не фигурировало внутреннее давление в жидкости.
- «…[Вывод теоремы Бернулли из уравнения энергии] обедняет содержание теоремы Бернулли … Интеграл Бернулли, вообще говоря, не зависит от уравнения энергии, хотя действительно совпадает с ним для изоэнтропического и адиабатического движения совершенного газа».
- «Два … пути получения уравнения Бернулли не эквивалентны. При энергетическом выводе нет необходимости в предположении об изэнтропичности течения. При интегрировании уравнения движения интегралы Бернулли получаются не только вдоль линий тока, но и вдоль вихревых линий».
- В русскоязычной литературе интеграл Бернулли для потенциальных течений несжимаемой или баротропной жидкости известен как интеграл Коши — Лагранжа
Примечания
- Ландсберг Г. С. Закон Бернулли, 1985.
- Вишневецкий С. Л. Бернулли уравнение, 1988.
- Титьенс О., Прандтль Л. Гидро- и аэромеханика, 1933.
- Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа, 2003, §24. Теорема Бернулли.
- Милн-Томсон Л. М. Теоретическая гидродинамика, 1964.
- Седов Л. И. Механика сплошной среды, 1970.
- Чёрный Г. Г. Газовая динамика, 1988.
- Трусделл К. Очерки по истории механики, 2002.
- Михайлов Г. К., 1999, с. 17.
- Darrigol O. A history of hydrodynamics, 2005, с. 9.
- Трусделл К. Очерки по истории механики, 2002, с. 255, 257.
- Euler L. Continuation des recherches, 1755 (1757), с. 331.
- Сивухин Д. В. Механика, 1989, §94. Стационарное движение идеальной жидкости. Уравнение Бернулли.
- Чугаев Р. Р. Гидравлика. — Л.: Энергия, 1975. — 600 с.
- Сивухин Д. В. Механика, 1989, §95. Примеры на применение уравнения Бернулли. Формула Торричелли.
- Сивухин Д. В. Механика, 1989, §94, формула (94.6).
- Молоканов Ю. К. Процессы и аппараты нефтегазопереработки. — М.: Химия, 1980. — С. 60. — 408 с.
- Я. И. Перельман. Отчего притягиваются корабли? Дата обращения: 27 декабря 2018. Архивировано 11 мая 2012 года.
- Напор, 1992.
- Бэтчелор Дж. Введение в динамику жидкости, 1973, Примечание Г. Ю. Степанова, с. 208.
- Гольдштейн Р. В., Городцов В. А. Механика сплошных сред, 2000, с. 104.
- Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа, 2003, §23, уравнение (9).
- Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа, 2003, §23, уравнение (7).
- Седов Л. И. Механика сплошной среды, 1970, Глава VIII. §2, уравнение (2.1).
- Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа, 2003, §42. Интеграл Лагранжа — Коши.
- Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа, 2003, §24, уравнение (29).
- Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа, 2003, §24, уравнение (30).
- Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа, 2003, §24, уравнение (31).
- Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Гидродинамика, 2001, Уравнение (2.4).
- Седов Л. И. Механика сплошной среды, 1970, Глава VII. §2. Функция давления.
- Поль Р. В., Механика, акустика и учение о теплоте, 2013, с. 446.
- Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Гидродинамика, 2001, §85.
- Голубкин В. Н., Сизых Г. Б. О некоторых общих свойствах плоскопараллельных течений вязкой жидкости // Известия АН СССР, серия Механика жидкости и газа : журнал. — 1987. — № 3. — С. 176–178. — doi:10.1007/BF01051932.
- Куликовский А. Г., Любимов Г. А. Магнитная гидродинамика. — М.: Физматлит, 1962. — С. 54. — 248 с.
- Розенцвейг Р. Феррогидродинамика / Пер. с англ. под ред. В. В. Гогосова. — М.: Мир, 1989. — С. 136. — 359 с. — ISBN 5-03-000997-3.
- Зубарев Д. Н., Релятивистская термодинамика, 1994.
- Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Гидродинамика, 2001, Уравнение (134.11).
Литература
- Бэтчелор Дж. Введение в динамику жидкости / Пер. с англ. под ред. Г. Ю. Степанова. — М.: Мир, 1973. — 760 с.
- Вишневецкий С. Л. Бернулли уравнение // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1: Ааронова-Бома эффект — Длинные линии. — С. 187. — 704 с.
- Гольдштейн Р. В., Городцов В. А. Механика сплошных сред. Часть 1. — М.: Физматлит, 2000. — 256 с. — ISBN 5-02-015555-1.
- Зубарев, Д. Н. Релятивистская термодинамика // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая российская энциклопедия, 1994. — Т. 4: Пойнтинга-Робертсона эффект — Стримеры. — С. 333—334. — 704 с. — ISBN 5-85270-087-8.
- Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Гидродинамика. — Издание 5-е, стереотипное. — М.: Физматлит, 2001. — 736 с. — («Теоретическая физика», том VI). — ISBN 5-9221-0121-8.
- Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа. — М.: Дрофа, 2003. — 842 с. — ISBN 5-7107-6327-6.
- Милн-Томсон Л. М. Теоретическая гидродинамика. — М.: Мир, 1964. — 656 с.
- Михайлов Г. К. Становление гидравлики и гидродинамики в трудах петербургских академиков (XVIII) // Известия Академии наук, серия Механика жидкости и газа : журнал. — 1999. — Вып. 6. — С. 7–25.
- Напор // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая российская энциклопедия, 1992. — Т. 3: Магнитоплазменный компрессор — Пойнтинга теорема. — С. 242. — 672 с. — ISBN 5-85270-019-3.
- Поль Р. В. Механика, акустика и учение о теплоте. — Рипол Классик, 2013. — 490 с. — ISBN 5458431251, 9785458431255.
- Седов Л. И. Механика сплошной среды. — М.: Наука, 1970. — Т. 2. — 568 с.
- Сивухин Д. В. Общий курс физики. — Издание 3-е, исправленное и дополненное. — М.: Наука, 1989. — Т. I. Механика. — 576 с. — ISBN 5-02-014054-6.
- Титьенс О., Прандтль Л. Гидро- и аэромеханика. — М.-Л.: ГТТИ, 1933. — Т. 1. — 224 с.
- Трусделл К. Очерки по истории механики. — М. — Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2002. — 316 с. — ISBN 5-93972-192-3.
- Фабер Т. Е. Гидроаэродинамика / Пер. с англ. под ред. А. А. Павельева. — М.: Постмаркет, 2001. — 560 с. — ISBN 5-901095-04-9.
- Чёрный Г. Г. Газовая динамика. — М.: Наука, 1988. — 424 с. — ISBN 5-02-013814-2.
- §182. Закон Бернулли // Элементарный учебник физики / Под ред. Г. С. Ландсберга. — М.: Наука, 1985. — Т. 1. Механика. Теплота. Молекулярная физика.
- Darrigol O. Worlds of flow. A history of hydrodynamics from the Bernoullis to Prandtl. — Oxford: Oxford University Press, 2005. — 356 с. — ISBN 978-0-19-856843-8.
- Euler L. Continuation des recherches sur la théorie du mouvement des fluides // Mémoires de l'Académie royale des sciences et belles lettres. — Berlin, 1755 (1757). — Т. 11. — С. 316—361.
- Truesdell, Clifford Ambrose. Rational fluid mechanics, 1687–1765. Editor’s introduction to Euleri Opera omnia II 12 // Leonardi Euleri. Opera Omnia. — Lausanne: Auctoritate et Impensis, Societas Scientiarum Naturalium Helveticae, 1954. — Т. 12. — С. I—CXXV. — (II).
Ссылки
- Русский перевод трактата Даниила Бернулли, в котором впервые появляется интеграл (закон) Бернулли
Эта статья входит в число добротных статей русскоязычного раздела Википедии. |
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Закон Бернулли, Что такое Закон Бернулли? Что означает Закон Бернулли?
Eta statya ob uravnenii Bernulli v gidrodinamike o differencialnom uravnenii Bernulli sm Differencialnoe uravnenie Bernulli Zako n Bernu lli takzhe uravne nie Bernu lli teore ma Bernu lli ili integra l Bernu lli ustanavlivaet zavisimost mezhdu skorostyu stacionarnogo potoka zhidkosti i eyo davleniem Soglasno etomu zakonu esli vdol linii toka davlenie zhidkosti povyshaetsya to skorost techeniya ubyvaet i naoborot Kolichestvennoe vyrazhenie zakona v vide integrala Bernulli yavlyaetsya rezultatom integrirovaniya uravnenij gidrodinamiki idealnoj zhidkosti to est bez vyazkosti i teploprovodnosti Risunok iz Gidrodinamiki D Bernulli iz za techeniya po trube kompensiruyushego rashod cherez pravoe otverstie O davlenie v trube menshe chem v sosude sleva IstoriyaDlya sluchaya neszhimaemoj zhidkosti rezultat ekvivalentnyj sovremennomu uravneniyu Bernulli byl opublikovan v 1738 godu Daniilom Bernulli V sovremennom vide integral byl opublikovan Iogannom Bernulli v 1743 godu dlya sluchaya neszhimaemoj zhidkosti a dlya nekotoryh sluchaev techenij szhimaemoj zhidkosti Ejlerom v 1757 godu Integral Bernulli v neszhimaemoj zhidkostiPolnoe davlenieRazmernost L 1MT 2 displaystyle L 1 MT 2 Edinicy izmereniyaSI Dzh m3 PaSGS erg sm3PrimechaniyaPostoyanno vdol linii toka stacionarnogo techeniya neszhimaemoj zhidkosti Dlya stacionarnogo techeniya neszhimaemoj zhidkosti uravnenie Bernulli mozhet byt polucheno kak sledstvie zakona sohraneniya energii Zakon Bernulli utverzhdaet chto velichina rv2 2 rgh p displaystyle rho v 2 2 rho gh p sohranyaet postoyannoe znachenie vdol linii toka rv22 rgh p const displaystyle frac rho v 2 2 rho gh p text const Zdes r displaystyle rho plotnost zhidkosti v displaystyle v skorost potoka h displaystyle h vysota p displaystyle p davlenie g displaystyle g uskorenie svobodnogo padeniya Elementarnyj vyvod uravneniya Bernulli iz zakona sohraneniya energiiElementarnyj vyvod uravneniya Bernulli iz zakona sohraneniya energii privedyon naprimer v uchebnike D V Sivuhina Rassmatrivaetsya stacionarnoe dvizhenie zhidkosti vdol linii toka izobrazhyonnoe na risunke Sleva na obem zhidkosti pervonachalno zaklyuchyonnyj mezhdu dvumya secheniyami A1 displaystyle A 1 i A2 displaystyle A 2 dejstvuet sila F1 p1A1 displaystyle F 1 p 1 A 1 a sprava protivopolozhnogo napravleniya sila F2 p2A2 displaystyle F 2 p 2 A 2 Skorost v displaystyle v i davlenie p displaystyle p v secheniyah 1 i 2 a takzhe ih ploshadi oboznacheny nizhnimi indeksami 1 i 2 Za beskonechno maloe vremya Dt displaystyle Delta t levaya granica etogo obyoma zhidkosti smestilas na maloe rasstoyanie s1 v1Dt displaystyle s 1 v 1 Delta t a pravaya na rasstoyanie s2 v2Dt displaystyle s 2 v 2 Delta t Rabota sovershyonnaya silami davleniya ravna W F1s1 F2s2 Dt v1A1p1 v2A2p2 displaystyle W F 1 s 1 F 2 s 2 Delta t left v 1 A 1 p 1 v 2 A 2 p 2 right V nachale intervala vremeni Dt displaystyle Delta t obem zhidkosti zaklyuchyonnyj mezhdu dvumya poverhnostyami A1 displaystyle A 1 i A2 displaystyle A 2 sostoit iz levogo golubogo elementa i srednej sinej chasti v konce etogo intervala smestivshijsya obyom sostoit iz srednej sinej chasti i pravogo golubogo elementa Tak kak techenie stacionarnoe vklad sinego fragmenta v energiyu i massu obsuzhdaemogo obyoma zhidkosti ne menyaetsya a sohranenie massy pozvolyaet zaklyuchit chto massa levogo golubogo elementa ravna masse pravogo golubogo elementa Dm Dtv1A1r1 Dtv2A2r2 displaystyle Delta m Delta tv 1 A 1 rho 1 Delta tv 2 A 2 rho 2 Poetomu rabota sil vyrazhenie dlya kotoroj mozhno preobrazovat k vidu DW Dm p1r1 p2r2 displaystyle Delta W Delta m left frac p 1 rho 1 frac p 2 rho 2 right ravna izmeneniyu energii ravnomu v svoyu ochered raznosti energij pravogo golubogo elementa DE2 displaystyle Delta E 2 i levogo golubogo elementa DE1 displaystyle Delta E 1 Dlya neszhimaemoj zhidkosti mozhno vo pervyh v vyrazhenii dlya raboty polozhit r1 r2 r displaystyle rho 1 rho 2 rho i vo vtoryh v vyrazhenii dlya energii elementa zhidkosti ogranichitsya kineticheskoj i potencialnoj energiej DE1 Dm v122 gh1 displaystyle Delta E 1 Delta m left frac v 1 2 2 gh 1 right DE2 Dm v222 gh2 displaystyle Delta E 2 Delta m left frac v 2 2 2 gh 2 right Posle etogo ravenstvo DW DE2 DE1 displaystyle Delta W Delta E 2 Delta E 1 dayot p1 rgh1 rv122 p2 rgh2 rv222 displaystyle p 1 rho gh 1 frac rho v 1 2 2 p 2 rho gh 2 frac rho v 2 2 2 ili p rgh rv22 const displaystyle p rho gh frac rho v 2 2 rm const Konstanta v pravoj chasti mozhet razlichatsya dlya razlichnyh linij toka inogda nazyvaetsya polnym davleniem Mogut takzhe ispolzovatsya terminy vesovoe davlenie rgh displaystyle rho gh staticheskoe davlenie p displaystyle p i dinamicheskoe davlenie rv2 2 displaystyle rho v 2 2 Po slovam D V Sivuhina neracionalnost etih ponyatij otmechalas mnogimi fizikami Razmernost vseh slagaemyh edinica energii na edinicu obyoma Pervoe i vtoroe slagaemoe v integrale Bernulli imeyut smysl kineticheskoj i potencialnoj energii prihodyashejsya na edinicu obyoma zhidkosti Trete slagaemoe po svoemu proishozhdeniyu yavlyaetsya rabotoj sil davleniya sm privedyonnyj vyshe vyvod uravneniya Bernulli no v gidravlike mozhet nazyvatsya energiej davleniya i chastyu potencialnoj energii Vyvod formuly Torrichelli iz zakona Bernulli Osnovnaya statya Formula Torrichelli Illyustraciya formuly Torrichelli V primenenii k istecheniyu idealnoj neszhimaemoj zhidkosti cherez maloe otverstie v bokovoj stenke ili dne shirokogo sosuda zakon Bernulli dayot ravenstvo polnyh davlenij na svobodnoj poverhnosti zhidkosti i na vyhode iz otverstiya rgh p0 rv22 p0 displaystyle rho gh p 0 frac rho v 2 2 p 0 gde h displaystyle h vysota stolba zhidkosti v sosude otschitannaya ot urovnya otverstiya v displaystyle v skorost istecheniya zhidkosti p0 displaystyle p 0 atmosfernoe davlenie Otsyuda v 2gh displaystyle v sqrt 2gh Eto formula Torrichelli Ona pokazyvaet chto pri istechenii zhidkost priobretaet skorost kakuyu poluchilo by telo svobodno padayushee s vysoty h displaystyle h Ili esli istekayushuyu iz malogo otverstiya v sosude struyu napravit vverh v verhnej tochke v prenebrezhenii poteryami struya dostignet urovnya svobodnoj poverhnosti v sosude Drugie proyavleniya i primeneniya zakona Bernulli Zakon Bernulli obyasnyaet effekt Venturi v uzkoj chasti truby skorost techeniya zhidkosti vyshe a davlenie menshe chem v shirokoj chasti Priblizhenie neszhimaemoj zhidkosti a s nim i zakon Bernulli spravedlivy i dlya laminarnyh techenij gaza esli tolko skorosti techeniya maly po sravneniyu so skorostyu zvuka Osnovnaya statya Effekt Venturi Vdol gorizontalnoj truby koordinata z displaystyle z postoyanna i uravnenie Bernulli prinimaet vid rv22 p const displaystyle frac rho v 2 2 p text const Otsyuda sleduet chto pri umenshenii secheniya potoka iz za vozrastaniya skorosti davlenie padaet Effekt ponizheniya davleniya pri uvelichenii skorosti potoka lezhit v osnove raboty rashodomera Venturi i strujnogo nasosa Zakon Bernulli obyasnyaet pochemu suda dvizhushiesya parallelnym kursom mogut prityagivatsya drug k drugu naprimer takoj incident proizoshyol s lajnerom Olimpik Primenenie v gidravlike Osnovnye stati Gidravlika Gidravlicheskie poteri i Napor Posledovatelnoe primenenie zakona Bernulli privelo k poyavleniyu tehnicheskoj gidromehanicheskoj discipliny gidravliki Dlya tehnicheskih prilozhenij chasto uravnenie Bernulli zapisyvaetsya v vide v kotorom vse chleny razdeleny na udelnyj ves rg displaystyle rho g H h prg v22g const displaystyle H h frac p rho g frac v 2 2g text const gde imeyushie razmernost dliny chleny v etom uravnenii mogut imet sleduyushie nazvaniya NaporRazmernost L displaystyle L Edinicy izmereniyaSI metrPrimechaniyaPolnoe davlenie delyonnoe na udelnyj ves H displaystyle H gidravlicheskaya vysota ili napor h displaystyle h nivelirnaya vysota prg displaystyle frac p rho g pezometricheskaya vysota ili v summe s nivelirnoj vysotoj gidrostaticheskij napor v22g displaystyle frac v 2 2g skorostnaya vysota ili skorostnoj napor Zakon Bernulli spravedliv tolko dlya idealnyh zhidkostej v kotoryh otsutstvuyut poteri na vyazkoe trenie Dlya opisaniya techenij realnyh zhidkostej v tehnicheskoj gidromehanike gidravlike ispolzuyut integral Bernulli s dobavleniem slagaemyh priblizhyonno uchityvayushih razlichnye gidravlicheskie poteri napora Integral Bernulli v barotropnyh techeniyahOsnovnaya statya Barotropnost Uravnenie Bernulli mozhet byt vyvedeno i iz uravneniya dvizheniya zhidkosti Pri etom techenie predpolagaetsya stacionarnym i barotropnym Poslednee oznachaet chto plotnost zhidkosti ili gaza ne obyazatelno postoyanna kak u predpolagavshejsya ranee neszhimaemoj zhidkosti no yavlyaetsya funkciej tolko davleniya r r p displaystyle rho rho p chto pozvolyaet vvesti funkciyu davleniyaP dpr p displaystyle mathcal P int frac mathrm d p rho p V etih predpolozheniyah velichina v22 gh P const displaystyle frac v 2 2 gh mathcal P text const postoyanna vdol lyuboj linii toka i lyuboj vihrevoj linii Sootnoshenie spravedlivo dlya techeniya v lyubom potencialnom pole pri etom gh displaystyle gh zamenyaetsya na potencial massovoj sily f displaystyle varphi Vyvod integrala Bernulli dlya barotropnogo techeniyaUravnenie Gromeki Lemba kvadratnye skobki oboznachayut vektornoe proizvedenie imeet vid v t grad v22 rotv v 1rgrad p F displaystyle frac partial vec v partial t operatorname grad left frac v 2 2 right left mathrm rot vec v vec v right frac 1 rho operatorname grad p vec F V silu sdelannyh predpolozhenij v t 0 displaystyle frac partial vec v partial t 0 grad pr grad P displaystyle frac operatorname grad p rho operatorname grad cal P i F grad f displaystyle vec F operatorname grad varphi v chastnom sluchae odnorodnoj sily tyazhesti eyo potencial raven f gh displaystyle varphi g h tak chto uravnenie Gromeki Lemba prinimaet vid grad v22 f P rotv v 0 displaystyle operatorname grad left frac v 2 2 varphi cal P right left mathrm rot vec v vec v right 0 Skalyarnoe proizvedenie etogo uravneniya na edinichnyj vektor l v v displaystyle vec l frac vec v v kasatelnyj k linii toka dayot l v22 f P 0 displaystyle frac partial partial l left frac v 2 2 varphi cal P right 0 tak kak proizvedenie gradienta na edinichnyj vektor dayot proizvodnuyu po napravleniyu l displaystyle frac partial partial l a vektornoe proizvedenie perpendikulyarno napravleniyu skorosti Sledovatelno vdol linii toka v22 f P const displaystyle frac v 2 2 varphi cal P mathrm const Takoe sootnoshenie spravedlivo i dlya vihrevoj linii kasatelnyj vektor k kotoroj v kazhdoj tochke napravlen po rotv displaystyle mathrm rot vec v Dlya bezvihrevyh barotropnyh techenij skorost kotoryh mozhet byt vyrazhena v vide gradienta potenciala skorosti v grad ps displaystyle vec v operatorname grad psi integral Bernulli v vide ps t grad ps 22 gh P const displaystyle frac partial psi partial t frac left operatorname grad psi right 2 2 gh cal P mathrm const sohranyaetsya takzhe v nestacionarnyh techeniyah prichyom postoyannaya v pravoj chasti imeet odinakovoe znachenie dlya vsego techeniya Formula Sen Venana Vancelya Esli v techenii sovershennogo gaza vypolnyaetsya adiabaticheskij zakon p p0r0grg r r0p01 gp1 g P gg 1p0r0 1 pp0 g 1 g displaystyle p frac p 0 rho 0 gamma rho gamma qquad rho frac rho 0 p 0 1 gamma p 1 gamma qquad cal P frac gamma gamma 1 frac p 0 rho 0 left 1 left frac p p 0 right gamma 1 gamma right to uravnenie Bernulli vyrazhaetsya tak vkladom ot sily tyazhesti obychno mozhno prenebrech v22 gg 1p0r0 1 pp0 g 1 g const displaystyle frac v 2 2 frac gamma gamma 1 frac p 0 rho 0 left 1 left frac p p 0 right gamma 1 gamma right mathrm const vdol linii toka ili vihrevoj linii Zdes g CpCV displaystyle gamma frac C p C V pokazatel adiabaty gaza vyrazhayushijsya cherez teployomkosti pri postoyannom davlenii i pri postoyannom obyome p r displaystyle p rho davlenie i plotnost gaza p0 r0 displaystyle p 0 rho 0 uslovno vybrannye postoyannye odinakovye dlya vsego techeniya znacheniya davleniya i plotnosti S pomoshyu poluchennoj formuly nahodyat skorost gaza vytekayushego iz sosuda s vysokim davleniem cherez maloe otverstie Udobno davlenie i plotnost gaza v sosude skorost gaza v kotorom ravna nulyu prinyat za p0 r0 displaystyle p 0 rho 0 togda skorost istecheniya vyrazhaetsya cherez vneshnee davlenie p displaystyle p po formule Sen Venana Vancelya v2 2gg 1p0r0 1 pp0 g 1 g displaystyle v 2 frac 2 gamma gamma 1 frac p 0 rho 0 left 1 left frac p p 0 right gamma 1 gamma right Termodinamika zakona BernulliOsnovnaya statya Entalpiya Iz termodinamiki sleduet chto vdol linii toka lyubogo stacionarnogo techeniya idealnoj zhidkosti v22 w f const s const displaystyle frac v 2 2 w varphi text const quad s text const gde w displaystyle w entalpiya edinicy massy f displaystyle varphi gravitacionnyj potencial ravnyj gz displaystyle gz dlya odnorodnoj sily tyazhesti s displaystyle s entropiya edinicy massy Vyvod zakona Bernulli iz uravneniya Ejlera i termodinamicheskih sootnoshenij1 Uravnenie Ejlera dlya stacionarnogo v t 0 displaystyle partial vec v partial t 0 dvizheniya idealnoj zhidkosti v pole sily tyazhesti imeet vid v v 1r p g displaystyle vec v cdot nabla vec v frac 1 rho nabla p vec g gde uskorenie sily tyazhesti mozhno vyrazit cherez gravitacionnyj potencial g f displaystyle vec g nabla varphi dlya odnorodnogo polya f gh displaystyle varphi gh tochka mezhdu vektorami v kruglyh skobkah oznachaet ih skalyarnoe proizvedenie 2 Skalyarnoe proizvedenie etogo uravneniya na edinichnyj vektor l v v displaystyle vec l frac vec v v kasatelnyj k linii toka dayot l v22 f 1r p l displaystyle frac partial partial l left frac v 2 2 varphi right frac 1 rho frac partial p partial l tak kak proizvedenie gradienta na edinichnyj vektor dayot proizvodnuyu po napravleniyu l displaystyle frac partial partial l 3 Termodinamicheskoe differencialnoe sootnoshenie dw 1rdp Tds displaystyle mathrm d w frac 1 rho mathrm d p T mathrm d s gde w displaystyle w entalpii edinicy massy T displaystyle T temperatura i s displaystyle s entropiya edinicy massy dayot w l 1r p l T s l displaystyle frac partial w partial l frac 1 rho frac partial p partial l T frac partial s partial l quad tak chto l v22 w f T s l displaystyle frac partial partial l left frac v 2 2 w varphi right T frac partial s partial l V stacionarnom techenii idealnoj zhidkosti vse chasticy dvizhushiesya vdol dannoj linii toka imeyut odinakovuyu entropiyu s l 0 displaystyle partial s partial l 0 poetomu vdol linii toka s const v22 w f const displaystyle s text const quad frac v 2 2 w varphi text const Integral Bernulli primenyayut v inzhenernyh raschyotah v tom chisle dlya sred vesma dalyokih po svoim svojstvam ot idealnogo gaza naprimer dlya vodyanogo para ispolzuemogo v kachestve teplonositelya v parovyh turbinah Pri etom mogut ispolzovatsya tak nazyvaemye diagrammy Mole predstavlyayushie udelnuyu entalpiyu po osi ordinat kak funkciyu udelnoj entropii po osi absciss i naprimer davleniya ili temperatury v vide semejstva izobar izoterm V etom sluchae posledovatelnost sostoyanij vdol linii toka lezhit na nekotoroj vertikalnoj linii s const displaystyle s text const Dlina otrezka etoj linii otsekaemogo dvumya izobarami sootvetstvuyushimi nachalnomu i konechnomu davleniyu teplonositelya ravna polovine izmeneniya kvadrata skorosti Obobsheniya integrala BernulliIntegral Bernulli takzhe sohranyaetsya pri perehode potoka cherez front udarnoj volny v sisteme otscheta v kotoroj udarnaya volna pokoitsya Odnako pri takom perehode entropiya sredy ne ostayotsya postoyannoj vozrastaet poetomu sootnoshenie Bernulli yavlyaetsya lish odnim iz tryoh sootnoshenij Gyugonio naryadu s zakonami sohraneniya massy i impulsa svyazyvayushih sostoyanie sredy za frontom s sostoyaniem sredy pered frontom i so skorostyu udarnoj volny Izvestny obobsheniya integrala Bernulli dlya nekotoryh klassov techenij vyazkoj zhidkosti naprimer dlya ploskoparallelnyh techenij v magnitnoj gidrodinamike ferrogidrodinamike V relyativistskoj gidrodinamike kogda skorosti techeniya stanovyatsya sravnimymi so skorostyu sveta c displaystyle c integral formuliruetsya v terminah relyativistski invariantnyh udelnoj entalpii i udelnoj entropii KommentariiV zapisi D Bernulli v yavnom vide ne figurirovalo vnutrennee davlenie v zhidkosti Vyvod teoremy Bernulli iz uravneniya energii obednyaet soderzhanie teoremy Bernulli Integral Bernulli voobshe govorya ne zavisit ot uravneniya energii hotya dejstvitelno sovpadaet s nim dlya izoentropicheskogo i adiabaticheskogo dvizheniya sovershennogo gaza Dva puti polucheniya uravneniya Bernulli ne ekvivalentny Pri energeticheskom vyvode net neobhodimosti v predpolozhenii ob izentropichnosti techeniya Pri integrirovanii uravneniya dvizheniya integraly Bernulli poluchayutsya ne tolko vdol linij toka no i vdol vihrevyh linij V russkoyazychnoj literature integral Bernulli dlya potencialnyh techenij neszhimaemoj ili barotropnoj zhidkosti izvesten kak integral Koshi LagranzhaPrimechaniyaLandsberg G S Zakon Bernulli 1985 Vishneveckij S L Bernulli uravnenie 1988 Titens O Prandtl L Gidro i aeromehanika 1933 Lojcyanskij L G Mehanika zhidkosti i gaza 2003 24 Teorema Bernulli Miln Tomson L M Teoreticheskaya gidrodinamika 1964 Sedov L I Mehanika sploshnoj sredy 1970 Chyornyj G G Gazovaya dinamika 1988 Trusdell K Ocherki po istorii mehaniki 2002 Mihajlov G K 1999 s 17 Darrigol O A history of hydrodynamics 2005 s 9 Trusdell K Ocherki po istorii mehaniki 2002 s 255 257 Euler L Continuation des recherches 1755 1757 s 331 Sivuhin D V Mehanika 1989 94 Stacionarnoe dvizhenie idealnoj zhidkosti Uravnenie Bernulli Chugaev R R Gidravlika L Energiya 1975 600 s Sivuhin D V Mehanika 1989 95 Primery na primenenie uravneniya Bernulli Formula Torrichelli Sivuhin D V Mehanika 1989 94 formula 94 6 Molokanov Yu K Processy i apparaty neftegazopererabotki M Himiya 1980 S 60 408 s Ya I Perelman Otchego prityagivayutsya korabli rus Data obrasheniya 27 dekabrya 2018 Arhivirovano 11 maya 2012 goda Napor 1992 Betchelor Dzh Vvedenie v dinamiku zhidkosti 1973 Primechanie G Yu Stepanova s 208 Goldshtejn R V Gorodcov V A Mehanika sploshnyh sred 2000 s 104 Lojcyanskij L G Mehanika zhidkosti i gaza 2003 23 uravnenie 9 Lojcyanskij L G Mehanika zhidkosti i gaza 2003 23 uravnenie 7 Sedov L I Mehanika sploshnoj sredy 1970 Glava VIII 2 uravnenie 2 1 Lojcyanskij L G Mehanika zhidkosti i gaza 2003 42 Integral Lagranzha Koshi Lojcyanskij L G Mehanika zhidkosti i gaza 2003 24 uravnenie 29 Lojcyanskij L G Mehanika zhidkosti i gaza 2003 24 uravnenie 30 Lojcyanskij L G Mehanika zhidkosti i gaza 2003 24 uravnenie 31 Landau L D Lifshic E M Gidrodinamika 2001 Uravnenie 2 4 Sedov L I Mehanika sploshnoj sredy 1970 Glava VII 2 Funkciya davleniya Pol R V Mehanika akustika i uchenie o teplote 2013 s 446 Landau L D Lifshic E M Gidrodinamika 2001 85 Golubkin V N Sizyh G B O nekotoryh obshih svojstvah ploskoparallelnyh techenij vyazkoj zhidkosti Izvestiya AN SSSR seriya Mehanika zhidkosti i gaza zhurnal 1987 3 S 176 178 doi 10 1007 BF01051932 Kulikovskij A G Lyubimov G A Magnitnaya gidrodinamika M Fizmatlit 1962 S 54 248 s Rozencvejg R Ferrogidrodinamika Per s angl pod red V V Gogosova M Mir 1989 S 136 359 s ISBN 5 03 000997 3 Zubarev D N Relyativistskaya termodinamika 1994 Landau L D Lifshic E M Gidrodinamika 2001 Uravnenie 134 11 LiteraturaBetchelor Dzh Vvedenie v dinamiku zhidkosti Per s angl pod red G Yu Stepanova M Mir 1973 760 s Vishneveckij S L Bernulli uravnenie Fizicheskaya enciklopediya Gl red A M Prohorov M Sovetskaya enciklopediya 1988 T 1 Aaronova Boma effekt Dlinnye linii S 187 704 s Goldshtejn R V Gorodcov V A Mehanika sploshnyh sred Chast 1 M Fizmatlit 2000 256 s ISBN 5 02 015555 1 Zubarev D N Relyativistskaya termodinamika Fizicheskaya enciklopediya Gl red A M Prohorov M Bolshaya rossijskaya enciklopediya 1994 T 4 Pojntinga Robertsona effekt Strimery S 333 334 704 s ISBN 5 85270 087 8 Landau L D Lifshic E M Gidrodinamika Izdanie 5 e stereotipnoe M Fizmatlit 2001 736 s Teoreticheskaya fizika tom VI ISBN 5 9221 0121 8 Lojcyanskij L G Mehanika zhidkosti i gaza M Drofa 2003 842 s ISBN 5 7107 6327 6 Miln Tomson L M Teoreticheskaya gidrodinamika M Mir 1964 656 s Mihajlov G K Stanovlenie gidravliki i gidrodinamiki v trudah peterburgskih akademikov XVIII Izvestiya Akademii nauk seriya Mehanika zhidkosti i gaza zhurnal 1999 Vyp 6 S 7 25 Napor Fizicheskaya enciklopediya Gl red A M Prohorov M Bolshaya rossijskaya enciklopediya 1992 T 3 Magnitoplazmennyj kompressor Pojntinga teorema S 242 672 s ISBN 5 85270 019 3 Pol R V Mehanika akustika i uchenie o teplote Ripol Klassik 2013 490 s ISBN 5458431251 9785458431255 Sedov L I Mehanika sploshnoj sredy M Nauka 1970 T 2 568 s Sivuhin D V Obshij kurs fiziki Izdanie 3 e ispravlennoe i dopolnennoe M Nauka 1989 T I Mehanika 576 s ISBN 5 02 014054 6 Titens O Prandtl L Gidro i aeromehanika M L GTTI 1933 T 1 224 s Trusdell K Ocherki po istorii mehaniki M Izhevsk Institut kompyuternyh issledovanij 2002 316 s ISBN 5 93972 192 3 Faber T E Gidroaerodinamika Per s angl pod red A A Paveleva M Postmarket 2001 560 s ISBN 5 901095 04 9 Chyornyj G G Gazovaya dinamika M Nauka 1988 424 s ISBN 5 02 013814 2 182 Zakon Bernulli Elementarnyj uchebnik fiziki Pod red G S Landsberga M Nauka 1985 T 1 Mehanika Teplota Molekulyarnaya fizika Darrigol O Worlds of flow A history of hydrodynamics from the Bernoullis to Prandtl Oxford Oxford University Press 2005 356 s ISBN 978 0 19 856843 8 Euler L Continuation des recherches sur la theorie du mouvement des fluides Memoires de l Academie royale des sciences et belles lettres Berlin 1755 1757 T 11 S 316 361 Truesdell Clifford Ambrose Rational fluid mechanics 1687 1765 Editor s introduction to Euleri Opera omnia II 12 Leonardi Euleri Opera Omnia Lausanne Auctoritate et Impensis Societas Scientiarum Naturalium Helveticae 1954 T 12 S I CXXV II SsylkiRusskij perevod traktata Daniila Bernulli v kotorom vpervye poyavlyaetsya integral zakon BernulliEta statya vhodit v chislo dobrotnyh statej russkoyazychnogo razdela Vikipedii
