Pronalaženje protoka vode iz izljeva, poput vrtne cijevi ili slavine u kupaonici, jednostavna je vježba koja ne zahtijeva ništa više od kante i timera. Izračunavanje brzine protoka u otvorenom koritu, poput žlijeba ili korita, malo je složenije, a izračunavanje brzine protoka tekućine unutar zatvorene cijevi još je složenije.
Formula protoka, općenito, je
Q = Av
gdjePje brzina protoka,Aje površina presjeka u točki na putu protoka ivje brzina tekućine u toj točki. U nekim situacijama, poput one vode koja teče koritom, računajućiAje teško, a najbolje što možete učiniti je aproksimacija. U drugima, poput tekućine koja teče u zatvorenoj cijevi, teško je izmjeritiv, ali ne morate. Ako možete izmjeriti tlak tekućine, možete se poslužiti Poiseuilleovim zakonom.
Izračunavanje brzine protoka kroz otvor
Ako trebate znati brzinu protoka kroz otvor, kao što je cijev ili emiter kapanja, sve što imate što treba učiniti jest dopustiti da se određena količina akumulira u spremniku i izmjeriti koliko je potrebno akumulirati. Na primjer, možete izmjeriti brzinu protoka iz cijevi dopuštajući vodi da napuni kantu od 5 galona i bilježeći vrijeme. Podijelite 5 s vremenom potrebno za dobivanje broja galona po jedinici vremena. Ako vrijeme mjerite u minutama, dobit ćete rezultat u galonima u minuti.
Da biste izmjerili brzinu protoka iz malog otvora, poput otvora za ispuštanje kapljica, trebat će vam puno manja posuda, poput kvartne posude, i duža jedinica vremena, ali princip je isti. Emiteri kapljica obično su ocijenjeni brojem galona po satu koji emitiraju. Emiter koji ispušta 1 galon na sat napunit će posudicu od litre za 15 minuta.
Korištenje formule protoka
Ako možete vidjeti tekućinu kako teče, možete izmjeriti njezinu brzinu, a to znači da vam je potrebno samo područje kroz koje tekućina teče da biste izračunali brzinu protoka pomoću formuleP = A × v.
Ako tekućina teče kroz otvor ili prozirnu cijev, jedan od načina mjerenja brzine je uvođenje boje kao markera i vrijeme koliko je potrebno boji da prođe dvije točke. Nakon mjerenja radijusa cijevi ili otvora, možete izračunati površinu pomoću πr2, a zatim upotrijebitev × Aza izračun brzine protoka.
Za protok kroz prirodne značajke, poput korita rijeke, morate približno približiti površinu. Pretpostavimo da je najdublji dio rijeke radijus polucilindričnog korita. Izračunajte površinu presjeka pomoću πr2, onda uzmite polovicu toga i iskoristite to zaAu jednadžbiP = v × Ada se dobije približna brzina protoka.
Proračun brzine protoka pomoću tlaka
Kad tekućina teče kroz zatvorenu cijev, ne možete je vidjeti, pa ne možete izmjeriti njezinu brzinu. Međutim, ako možete izmjeriti tlak tekućine - što je obično lako učiniti pomoću manometra - za izračunavanje brzine protoka možete koristiti Poiseuilleov zakon. Prema Poiseuilleovom zakonu, brzina protokaPvarira izravno s razlikom tlaka Δstrizmeđu krajeva cijevi i četvrte snage polumjera cijevir4, a varira obrnuto od duljine cijeviL. Jednadžba je:
Q = \ frac {π \ Delta pr ^ 4} {8μL}
gdjeµje viskoznost tekućine.
Poiseuilleov zakon pretpostavlja laminarni (ne-turbulentni) tok, što je sigurna pretpostavka pri niskim tlakovima i malim promjerima cijevi.