專利名稱：伯努利方程驗證儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于教學儀器，尤其涉及一種可以驗證伯努利方程的實驗裝置。
背景技術：
伯努利方程是流體力學中非常重要的一個方程。它是在忽略流體粘滯性的前提下 導出的關于流體流動性的基本方程。對于實際流體，只要其粘滯性足夠小，伯努利方程就可 以應用。由于水，酒精，空氣這一類“稀薄”的流體粘滯性常可忽略，因而應用伯努利方程可 以很好的解釋由這一類流體的流動性導致的許多自然現(xiàn)象。但是，在目前的高校物理教學 中，有些高校不安排伯努利方程的驗證實驗，有些高校則是通過汾丘里管用液體驗證。后者 的實驗方案存在著實驗成本高，設備占地面積大，實驗現(xiàn)象不直觀等不足和缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種操作簡單，實驗現(xiàn)象直觀可感，驗證有效而又成本低廉 的伯努利方程驗證儀。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案一種伯努利方程驗證儀，包括一個箱 體，箱體的正面上有入風口，箱體的側面上有一個出風口，出風口呈矩形，還包括一個圓球， 圓球與連桿固連，連桿的上端與出風口所在的側面鉸接，圓球的直徑小于出風口的高度，圓 球在側面上的正投影位于出風口上邊的延長線與下邊的延長線之間，且不與出風口相交。圓球中心的高度與出風口中心的高度相同。所述的箱體為長方體。入風口中心到出風口所在側面的距離大于箱體正面中心到出風口所在的側面的距離。入風口的中心和箱體正面的中心位于同一水平線上。在出風口所在的側面上有刻度盤，連桿與出風口所在側面的鉸接點為刻度盤的圓 心。出風口所在側面的頂部裝有支架，支架上鉸接有一支桿，連桿上端與支桿相連，該 側面上有刻度盤，支桿的中心為刻度盤的圓心。出風口所在側面的頂部裝有支架，支架上有一支桿，連桿上端與支桿鉸接，該側面 上有刻度盤，支桿的中心為刻度盤的圓心。采用上述技術方案的伯努利方程驗證儀，結構簡單，制造成本低廉，而在實驗時操 作簡單，實驗現(xiàn)象直觀可感。該裝置既適合高校物理教學，作為一個驗證實驗進行推廣，又 適合工程研究人員對伯努利方程進行實驗驗證。


圖1為本發(fā)明的結構示意圖。圖2為圖1的俯視圖。
圖3為圖1的左視圖。圖4為圓球受力分析圖。
具體實施例方式如圖1、圖2、圖3所示的伯努利方程驗證儀，包括一個箱體2，箱體為長方體，箱體 2的正面上有入風口 1，箱體的側面上有一個出風口 3，出風口 3呈矩形，入風口 1的中心和 箱體正面的中心位于同一水平線上，入風口中心到出風口所在的側面的距離大于箱體正面 中心到出風口所在的側面的距離。還包括一個圓球4，圓球4與連桿5固連，出風口所在側 面的頂部裝有支架6，支架6上的一側鉸接有一支桿8，連桿5上端與支桿8相連，為方便讀 出圓球偏轉的角度，該側面上有刻度盤7，支桿8的中心為刻度盤的圓心。如圖3所示，圓球 5中心的高度接近于出風口 3中心的高度，最好是二者高度相同，圓球5的直徑小于出風口 的高度，圓球在側面上的正投影位于出風口上邊的延長線與下邊的延長線之間，且不與出 風口相交。箱體也可以是正方體，或者可以是其它任意形狀，但應使入風口盡可能遠離出風 口，以保證出風口處氣流的均勻穩(wěn)定。連桿與箱體的連接除采用上述方式外，也可以用其它方式，比如支桿固定在支架 上，支架上裝有軸承或軸套，連桿上端與軸承或軸套相連；或者是不安裝支架，只將支桿 一端固定在箱體上，支架上裝有軸承或軸套，連桿上端與軸承或軸套相連。還可采用更簡單的結構不用支架和支桿，而是連桿上端有一段水平桿，該水平桿 直接鉸接在箱體上部，鉸接點為刻度盤的圓心。圓球的直徑不宜過小，由于圓球受到的氣體壓力與受力面積成正比，當其直徑過 小時，容易受摩擦力及環(huán)境條件的干擾，從而影響實驗結果。圓球直徑過大時，比如接近或 超過出風口的高度時，則其受到的壓強會不均衡，也會影響實驗結果。圓球的直徑與出風口 高度的比值在12到15之間為佳。本發(fā)明的工作原理如下由于氣體是非常稀薄的流體，所以其粘滯性可以忽略。在流速恒定的條件下，可以 認為氣體為不可壓縮的流體。根據(jù)伯努利方程Po+ Ipv2+pgh = K(K 為常量)(K為常量)選取一個一端截面為無窮大的流管，選取同一高度的兩處進行研究，一處為無窮 大端，另一處有一定截面積。則有
I 2I 2Pi+ -PV1 +Pgh2 =P2+ -PV2 +Pgh2根據(jù)連續(xù)體方程S1V1 = s2v2，S2近似無窮大，所以 近似為零，無窮大處的壓強為 大氣壓，又由于兩處在同一高度，可舍去Pgh項。于是
1 2Pi+ -pVi = Po可以通過風速儀準確的測出V1，而對于P1，可以通過本發(fā)明伯努利方程驗證儀測 出，從而對伯努利方程進行驗證。通過對圓球進行受力分析可以導出出風口處壓強。如圖4所示，受力分析如下
mg sin θ = Fcos θF = (P0-P1) SP1 = ρ0- (mg tan θ ) /S其中S為圓球在水平面上的投影面積。在實驗時，將吹風機對準入風口，接通電源，氣體經(jīng)入風口吹入，在箱內(nèi)緩沖后，從 出風口以一定的速度矩狀吹出，由伯努利方程可知，此處壓強減小，圓球兩側產(chǎn)生壓強差， 而偏轉一定角度θ，將θ代入公式P1 = P0- (mg tan θ ) /S，算出 P1用風速儀準確測定出風口處風速Vl。實驗應該在相同條件下，重復5-8次，求P” V1平均值，將Pp V1代入
1 2Pi+ -pVi = Po,即可驗證伯努利方程。
權利要求
一種伯努利方程驗證儀，其特征在于包括一個箱體，箱體的正面上有入風口，箱體的側面上有一個出風口，出風口呈矩形，還包括一個圓球，圓球與連桿固連，連桿的上端與出風口所在的側面鉸接，圓球的直徑小于出風口的高度，圓球在側面上的正投影位于出風口上邊的延長線與下邊的延長線之間，且不與出風口相交。
2.如權利要求1所述的伯努利方程驗證儀，其特征在于圓球中心的高度與出風口中 心的高度相同。
3.如權利要求1或2所述的伯努利方程驗證儀，其特征在于所述的箱體為長方體。
4.如權利要求3所述的伯努利方程驗證儀，其特征在于入風口中心到出風口所在側 面的距離大于箱體正面中心到出風口所在的側面的距離。
5.如權利要求4所述的伯努利方程驗證儀，其特征在于入風口的中心和箱體正面的 中心位于同一水平線上。
6.如權利要求1所述的伯努利方程驗證儀，其特征在于在出風口所在的側面上有刻 度盤，連桿與出風口所在側面的鉸接點為刻度盤的圓心。
7.如權利要求1所述的伯努利方程驗證儀，其特征在于出風口所在側面的頂部裝有 支架，支架上鉸接有一支桿，連桿上端與支桿相連，該側面上有刻度盤，支桿的中心為刻度 盤的圓心。
8.如權利要求1所述的伯努利方程驗證儀，其特征在于出風口所在側面的頂部裝有 支架，支架上有一支桿，連桿上端與支桿鉸接，該側面上有刻度盤，支桿的中心為刻度盤的 圓心。全文摘要
本發(fā)明公開了一種伯努利方程驗證儀，包括一個箱體，箱體的正面上有入風口，箱體的側面上有一個出風口，出風口呈矩形，還包括一個圓球，圓球與連桿固連，連桿的上端與出風口所在的側面鉸接，圓球的直徑小于出風口的高度，圓球在側面上的正投影位于出風口上邊的延長線與下邊的延長線之間，且不與出風口相交。這種伯努利方程驗證儀，結構簡單，制造成本低廉，而在實驗時操作簡單，實驗現(xiàn)象直觀可感。該裝置既適合高校物理教學，作為一個驗證實驗進行推廣，又適合工程研究人員對伯努利方程進行實驗驗證。
文檔編號G09B23/12GK101882391SQ200910064829
公開日2010年11月10日 申請日期2009年5月8日 優(yōu)先權日2009年5月8日
發(fā)明者劉存祥, 劉強強, 張向, 朱琳琳, 李波, 李聰, 王宏鵬, 程玉珍, 謝瑞生, 趙安慶 申請人:河南農(nóng)業(yè)大學