Principiul lui lui Bernoulli este utilizat pentru a explica portanța (cum se țin avioanele în aer)
Principiul lui Bernoulli spune că presiunea unui fluid descrește pe măsură ce viteza acestuia crește și viceversa. Acest principiu are la bază observațiile lui Daniel Bernoulli, matematician elvețian care a trăit în secolul al XVIII-lea. Principiul este folosit, printre altele, pentru a explica de ce avioanele pot decola și se pot menține în aer. Nu oferă o explicație completă însă, după cum puteți citi aici.
Dar principiul lui Bernoulli nu explică cum și de ce viteza mai mare a aerului se traduce într-o presiune mai mică. În fapt, pare mai logic să te aștepți la o presiune mai mare, ceva asemănător cu trecerea mașinilor de pe două benzi pe o bandă.
În videoclipul de mai jos un fizician american, Eugene Khutoryansky, cunoscut pentru videoclipurile sale care explică într-un mod intuitiv concepte complexe, arată grafic comportamentul individual al atomilor care dă naștere acestui principiu.
Iată principalele idei:
• De ce ar trebui ca un atom să exercite mai puţină presiune asupra pereţilor conductei atunci când se mişcă cu o viteză mai mare? Nu ar trebui să fie exact invers, să ne aşteptăm ca un atom cu o viteză mare să exercite şi o forţă mare asupra pereţilor conductei?
• Fluidul are aproximativ aceeaşi densitate de-a lungul întregii conducte. Aşadar, numărul de atomi pe secundă care curg prin fiecare secţiune de ţeava este acelaşi. Deoarece mai puţini atomi încap prin secţiunea îngustă a ţevii, atomii trebuie să o parcurgă cu o viteză mai mare ca să se poată menţine un debit constant.
• Un atom este mult mai predispus să intre în secţiunea îngustă dacă are o mai mare componentă a vitezei lui paralelă cu pereţii conductei. Dacă atomul are o componentă mai mare din viteza sa pe direcţia perpendiculară cu peretele conductei, atunci este mult mai probabil să se lovească de buza secţiunii înguste şi să ricoşeze înapoi. Este mult mai probabil că atomii care reuşesc să treacă de buza secţiunii înguste să fie aliniaţi pe direcţia conductei.
• Imediat cum atomii părăsesc secţiunea îngustă, coliziunea lor cu alţi atomi îi fac să-şi schimbe direcţia şi încă odată o componentă mai mare din viteza lor devine perpendiculară pe pereţii conductei.
• Componenta vitezei care este perpendiculară pe peretele ţevii este responsabilă pentru presiunea resimţită de ţeavă. Cu cât componenta vitezei care este perpendiculară pe ţeava este mai mare, cu atât atomii creează o presiune mai mare asupra pereţilor conductei.
• Cu cât componenta vitezei care este paralelă cu pereţii conductei este mai mare cu atât viteza curgerii este mai mare. Este mult mai probabil că atomii aflaţi înăuntrul secţiunii înguste să aibă o componentă mică a vitezei perpendiculare pe peretele ţevii şi o mai mare componentă a vitezei paralelă cu ţeava.
• Așadar, atomii aflaţi în secţiunea îngustă vor exercita o presiune mai scăzută asupra pereţilor, dar vor avea o viteză de curgere mai mare.
Principiul lui Bernoulli la scară atomică
