专利名称：伯努利方程验证仪的制作方法
技术领域：
本发明属于教学仪器，尤其涉及一种可以验证伯努利方程的实验装置。
背景技术：
伯努利方程是流体力学中非常重要的一个方程。它是在忽略流体粘滞性的前提下 导出的关于流体流动性的基本方程。对于实际流体，只要其粘滞性足够小，伯努利方程就可 以应用。由于水，酒精，空气这一类“稀薄”的流体粘滞性常可忽略，因而应用伯努利方程可 以很好的解释由这一类流体的流动性导致的许多自然现象。但是，在目前的高校物理教学 中，有些高校不安排伯努利方程的验证实验，有些高校则是通过汾丘里管用液体验证。后者 的实验方案存在着实验成本高，设备占地面积大，实验现象不直观等不足和缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种操作简单，实验现象直观可感，验证有效而又成本低廉 的伯努利方程验证仪。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种伯努利方程验证仪，包括一个箱 体，箱体的正面上有入风口，箱体的侧面上有一个出风口，出风口呈矩形，还包括一个圆球， 圆球与连杆固连，连杆的上端与出风口所在的侧面铰接，圆球的直径小于出风口的高度，圆 球在侧面上的正投影位于出风口上边的延长线与下边的延长线之间，且不与出风口相交。圆球中心的高度与出风口中心的高度相同。所述的箱体为长方体。入风口中心到出风口所在侧面的距离大于箱体正面中心到出风口所在的侧面的距离。入风口的中心和箱体正面的中心位于同一水平线上。在出风口所在的侧面上有刻度盘，连杆与出风口所在侧面的铰接点为刻度盘的圆 心。出风口所在侧面的顶部装有支架，支架上铰接有一支杆，连杆上端与支杆相连，该 侧面上有刻度盘，支杆的中心为刻度盘的圆心。出风口所在侧面的顶部装有支架，支架上有一支杆，连杆上端与支杆铰接，该侧面 上有刻度盘，支杆的中心为刻度盘的圆心。采用上述技术方案的伯努利方程验证仪，结构简单，制造成本低廉，而在实验时操 作简单，实验现象直观可感。该装置既适合高校物理教学，作为一个验证实验进行推广，又 适合工程研究人员对伯努利方程进行实验验证。
图1为本发明的结构示意图。图2为图1的俯视图。
图3为图1的左视图。图4为圆球受力分析图。
具体实施例方式如图1、图2、图3所示的伯努利方程验证仪，包括一个箱体2，箱体为长方体，箱体 2的正面上有入风口 1，箱体的侧面上有一个出风口 3，出风口 3呈矩形，入风口 1的中心和 箱体正面的中心位于同一水平线上，入风口中心到出风口所在的侧面的距离大于箱体正面 中心到出风口所在的侧面的距离。还包括一个圆球4，圆球4与连杆5固连，出风口所在侧 面的顶部装有支架6，支架6上的一侧铰接有一支杆8，连杆5上端与支杆8相连，为方便读 出圆球偏转的角度，该侧面上有刻度盘7，支杆8的中心为刻度盘的圆心。如图3所示，圆球 5中心的高度接近于出风口 3中心的高度，最好是二者高度相同，圆球5的直径小于出风口 的高度，圆球在侧面上的正投影位于出风口上边的延长线与下边的延长线之间，且不与出 风口相交。箱体也可以是正方体，或者可以是其它任意形状，但应使入风口尽可能远离出风 口，以保证出风口处气流的均勻稳定。连杆与箱体的连接除采用上述方式外，也可以用其它方式，比如支杆固定在支架 上，支架上装有轴承或轴套，连杆上端与轴承或轴套相连；或者是不安装支架，只将支杆 一端固定在箱体上，支架上装有轴承或轴套，连杆上端与轴承或轴套相连。还可采用更简单的结构不用支架和支杆，而是连杆上端有一段水平杆，该水平杆 直接铰接在箱体上部，铰接点为刻度盘的圆心。圆球的直径不宜过小，由于圆球受到的气体压力与受力面积成正比，当其直径过 小时，容易受摩擦力及环境条件的干扰，从而影响实验结果。圆球直径过大时，比如接近或 超过出风口的高度时，则其受到的压强会不均衡，也会影响实验结果。圆球的直径与出风口 高度的比值在12到15之间为佳。本发明的工作原理如下由于气体是非常稀薄的流体，所以其粘滞性可以忽略。在流速恒定的条件下，可以 认为气体为不可压缩的流体。根据伯努利方程Po+ Ipv2+pgh = K(K 为常量)(K为常量)选取一个一端截面为无穷大的流管，选取同一高度的两处进行研究，一处为无穷 大端，另一处有一定截面积。则有
I 2I 2Pi+ -PV1 +Pgh2 =P2+ -PV2 +Pgh2根据连续体方程S1V1 = s2v2，S2近似无穷大，所以 近似为零，无穷大处的压强为 大气压，又由于两处在同一高度，可舍去Pgh项。于是
1 2Pi+ -pVi = Po可以通过风速仪准确的测出V1，而对于P1，可以通过本发明伯努利方程验证仪测 出，从而对伯努利方程进行验证。通过对圆球进行受力分析可以导出出风口处压强。如图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为圆球在水平面上的投影面积。在实验时，将吹风机对准入风口，接通电源，气体经入风口吹入，在箱内缓冲后，从 出风口以一定的速度矩状吹出，由伯努利方程可知，此处压强减小，圆球两侧产生压强差， 而偏转一定角度θ，将θ代入公式P1 = P0- (mg tan θ ) /S，算出 P1用风速仪准确测定出风口处风速Vl。实验应该在相同条件下，重复5-8次，求P” V1平均值，将Pp V1代入
1 2Pi+ -pVi = Po,即可验证伯努利方程。
权利要求
一种伯努利方程验证仪，其特征在于包括一个箱体，箱体的正面上有入风口，箱体的侧面上有一个出风口，出风口呈矩形，还包括一个圆球，圆球与连杆固连，连杆的上端与出风口所在的侧面铰接，圆球的直径小于出风口的高度，圆球在侧面上的正投影位于出风口上边的延长线与下边的延长线之间，且不与出风口相交。
2.如权利要求1所述的伯努利方程验证仪，其特征在于圆球中心的高度与出风口中 心的高度相同。
3.如权利要求1或2所述的伯努利方程验证仪，其特征在于所述的箱体为长方体。
4.如权利要求3所述的伯努利方程验证仪，其特征在于入风口中心到出风口所在侧 面的距离大于箱体正面中心到出风口所在的侧面的距离。
5.如权利要求4所述的伯努利方程验证仪，其特征在于入风口的中心和箱体正面的 中心位于同一水平线上。
6.如权利要求1所述的伯努利方程验证仪，其特征在于在出风口所在的侧面上有刻 度盘，连杆与出风口所在侧面的铰接点为刻度盘的圆心。
7.如权利要求1所述的伯努利方程验证仪，其特征在于出风口所在侧面的顶部装有 支架，支架上铰接有一支杆，连杆上端与支杆相连，该侧面上有刻度盘，支杆的中心为刻度 盘的圆心。
8.如权利要求1所述的伯努利方程验证仪，其特征在于出风口所在侧面的顶部装有 支架，支架上有一支杆，连杆上端与支杆铰接，该侧面上有刻度盘，支杆的中心为刻度盘的 圆心。全文摘要
本发明公开了一种伯努利方程验证仪，包括一个箱体，箱体的正面上有入风口，箱体的侧面上有一个出风口，出风口呈矩形，还包括一个圆球，圆球与连杆固连，连杆的上端与出风口所在的侧面铰接，圆球的直径小于出风口的高度，圆球在侧面上的正投影位于出风口上边的延长线与下边的延长线之间，且不与出风口相交。这种伯努利方程验证仪，结构简单，制造成本低廉，而在实验时操作简单，实验现象直观可感。该装置既适合高校物理教学，作为一个验证实验进行推广，又适合工程研究人员对伯努利方程进行实验验证。
文档编号G09B23/12GK101882391SQ200910064829
公开日2010年11月10日 申请日期2009年5月8日 优先权日2009年5月8日
发明者刘存祥, 刘强强, 张向, 朱琳琳, 李波, 李聪, 王宏鹏, 程玉珍, 谢瑞生, 赵安庆 申请人:河南农业大学