مبدأ برنولي وتطبيقاته العملية في حياتنا
تم إنشاء مبدأ برنولي من خلال عالم الرياضيات السويسري دانيال بيرنولي في القرن الـ 18. وينص على أن ضغط المائع يقل عندما تزيد السرعة، كما ينص على أن ضغط السائل يرتفع كلما انخفضت سرعته، وينخفض الضغط كلما زادت سرعته.
مبدأ برنولي
تمثل معادلة برنولي العلاقة بين السرعة والضغط والارتفاع لسائل متدفق في خط انسيابي. وتنص المعادلة على أن الضغط الديناميكي والضغط الساكن في التدفق، ونصف الكثافة (r) مضروبة في السرعة (V) يساوي ثابتًا في جميع أنحاء التدفق. ويسمى الثابت بالضغط الكلي للتدفق (pt).
الصيغة الرياضية لمعادلة برنولي
توضح المعادلة السابقة الصيغة الرياضية لمعادلة برنولي، حيث:
- P: الضغط الساكن للسائل.
- ρ: الكثافة
- V: السرعة.
- G: عجلة الجاذبية.
- H: ارتفاع السائل.
ينص مبدأ برنولي على أن زيادة سرعة تدفق السائل تحدث في وقت واحد ويجب أن تكون مصحوبة بانخفاض في الطاقة الكامنة للسائل أو الضغط الساكن. ويعتقد أنه منشق من قانون الحفاظ على الطاقة.
حيث يمكن اعتبار معادلة برنولي بمثابة معادلة لفهم حفظ الطاقة للسوائل المتدفقة، وتأثير برنولي هو خفض ضغط السائل في الحالات التي تزداد فيها سرعة التدفق.
اقرأ أيضًا:
- هل يمكنك تحويل الرصاص إلى ذهب؟
- أنواع الأوراق الخاصة بفن الأوريجامي، وهل يمكن استخدام الأوراق العادية؟
- كيفية حساب السنة الضوئية Light Year
- 9 طرق يمكنك من خلالها تدريب دماغك ليكون أكثر ذكاءً
قيود استخدام نظرية برنولي
للأسف تفتقر المعادلة العديد من النقاط التي لم توضحها وقد تؤثر على النتيجة في حال استخدامها. وتشمل الحالات التي لا يمكن تطبيق معادلة برنولي عليها:
- لا تنطبق نظرية برنولي على آلات المروحة أو التوربينات أو المضخة، لأن هذه الآلات تؤثر على خطوط الانسياب مما تؤثر في ثابت في المعادلة. ولذلك نستخدم مع هذه الآلات معادلة الطاقة بدلاً من معادلة برنولي.
- لم تحسب تغير درجة الحرارة، ولذلك فهي لا يمكن تطبيقها في معادلات التبريد أو التسخين.
- لا يمكن استخدامها في حالة التمدد المفاجئ أو الصمامات لأنها استخدم الاحتكاك وجعله ثابت وليس عامل متغير مع تغيير الآلة أو السائل.
تطبيقات معادلة برنولي
تستخدم المعادلة في التطبيقات التالية:
- تفسر كيفية توليد الطائرات لقوة الرفع.
- حساب سرعة تدفق الموائع.
- ابتعاد السفن عن بعضها البعض عند مرورها في مكان واحد.
- قياس تدفق السوائل داخل الأنابيب وفي القنوات المفتوحة.
- فهم كيفية عمل موقد لهب بنزن عند فتح صمام الغاز ليتدفق الغاز عاليًا وبقوة تسمح بحرق الغاز كاملاً.
- قياس سرعة طيران الطائرات.
كما تستخدم المعادلة في مقياس فنتوري ( أو تأثير فنتوري) وهو جهاز يستخدم لتحديد معدل التدفق من خلال أنبوب. يعمل هذا المقياس عن طريق قياس انخفاض الضغط عبر الأنبوب من خلال حساب قطر الأنبوبة من خلال زيادة سرعة تدفق السائل. حيث يفسر المعادلة أنه يجب أن يكون هناك انخفاض في الضغط في قطر الأنبوبة في الضغط المنخفض.
ومن التفسيرات المضحكة لتطبيق معادلة برنولي في حياتنا هو تفسير كيفية تأرجح كرة الكريكيت خلال المباراة. ويمكن تفسير ذلك من خلال أنه كلما يقوم اللاعبين بتحريك الكرة باستمرار لفترة طويلة، تجعل الكرة خشنة من أحد جانبيها بينما الجانب الآخر يكون أملسًا وناعمًا. ولذلك عندما يقوم اللاعب برمي الكرة عاليًا في الهواء، تختلف السرعة على جانبي الكرة من جانب للآخر بسبب اختلاف السطح الخارجي للكرة. ويسبب اختلاف سرعة الكرة في دوران الكرة وتأرجحها أثناء المبارة.
ومن هنا يمكن أن نقول أن الكيمياء ومعادلات الفيزياء موجودة ونستخدمها في حياتنا اليومية بشكل مبهر ورائع، لذلك اغمض عينيك واستمتع بممارستك للفيزياء في حياتن=ك.
