כיצד לחשב את מהירות המים באמצעות צינורות

פיסיקאים ומהנדסים משתמשים בחוק פויזוויל כדי לחזות את מהירות המים דרך צינור. מערכת יחסים זו מבוססת על ההנחה כי הזרימה היא למינרית, שהיא אידיאליזציה החלה יותר על נימים קטנים מאשר על צינורות מים. מערבולת היא כמעט תמיד גורם בצינורות גדולים יותר, כמו גם חיכוך הנגרם כתוצאה מאינטראקציה של הנוזל עם קירות הצינור. קשה לכמת גורמים אלה, במיוחד מערבולת, וחוקו של פויזווי לא תמיד נותן קירוב מדויק. עם זאת, אם אתה שומר על לחץ קבוע, החוק הזה יכול לתת לך מושג טוב על קצב הזרימה כאשר אתה משנה את ממדי הצינור.

החוק של פויזווי מכונה לפעמים חוק האגן-פויזויל, מכיוון שהוא פותח על ידי זוג חוקרים, הפיזיקאי הצרפתי ז'אן לאונרד מארי פויזוויל ומהנדס ההידראוליקה הגרמני גוטהילף האגן שנות ה 1800. על פי חוק זה, קצב הזרימה (F) דרך צינור באורך L ורדיוס r ניתן על ידי:

איפה פ₁-P₂ הוא הפרש הלחץ בין קצות הצינור ו- η הוא צמיגות הנוזל.

אתה יכול להפיק כמות קשורה, ההתנגדות לזרימה (R), על ידי היפוך יחס זה:

כל עוד הטמפרטורה לא משתנה, צמיגות המים נשארת קבועה, ואם אתה שוקל קצב זרימה במערכת מים בלחץ קבוע ואורך צינור קבוע, אתה יכול לכתוב מחדש את חוק פואיזוויל כ:

כאשר K הוא קבוע.

אם אתה שומר על מערכת מים בלחץ קבוע, אתה יכול לחשב ערך עבור הקבוע K לאחר התבוננות להגביר את צמיגות המים בטמפרטורת הסביבה ולהביע אותם ביחידות תואמות שלך מידות. על ידי שמירה על אורך הצינור קבוע, יש לך מידתיות בין הרביעי כוח הרדיוס וקצב הזרימה, ותוכלו לחשב כיצד הקצב ישתנה כשמשנים את רַדִיוּס. אפשר גם לשמור על רדיוס קבוע ולשנות את אורך הצינור, אם כי זה ידרוש קבוע שונה. השוואה החזויה לערכים מדודים של קצב הזרימה אומרת לך כמה מערבולת וחיכוך משפיעים על תוצאות, ואתה יכול להכניס מידע זה לחישובי הניבוי שלך כדי להפוך אותם למדוייקים יותר.