infist

บทที่ 9 · ของแข็งและของไหล

Problem 9.71 Challenge

หัวข้อ: สมการแบร์นูลลี (Bernoulli’s Equation)

ถังน้ำมีพื้นที่หน้าตัด A และมีระดับน้ำสูงจากก้นถัง h เจาะรูที่ก้นถังเพื่อให้น้ำไหล ลงมาตามท่อซึ่งมีพื้นที่หน้าตัด a โดยที่ a น้อยกว่า A มากๆ ถ้าปลายท่ออยู่ต่ำ กว่าก้นถังเท่ากับ H โดย H มากกว่า h มากๆ ดังรูปด้านล่าง จงหาเวลาที่น้ำจะ ไหลหมดถัง? พื้นที่หน้าตัด A H >> h พื้นที่หน้าตัด a << A y = 0
รูปประกอบโจทย์ 9.71
คำตอบ
\(\Delta t =\frac{Ah}{a2gH}\;\blacksquare\)
ดูวิธีทำ

พิจารณาให้ปลายท่อเป็นจุด \(1\) และปากถังเป็นจุด \(2\)

จาก\(P_{1}+\frac{1}{2}ρv_{1}^{2}+ρgy_{1}=P_{2}+\frac{1}{2}ρv_{2}^{2}+ρgy_{2}\)

\(P_{0}+\frac{1}{2}ρv_{1}^{2}+ρg(0)=P_{0}+\frac{1}{2}ρv_{2}^{2}+ρg(H+h)\)

\(ρv_{1}^{2}=\frac{1}{2}\frac{1}{2}ρv_{2}^{2}+ρg(H+h)\)

\(ρv_{1}^{2}=\frac{1}{2}\frac{1}{2}ρv_{2}^{2}+ρgH; H >> h\)

\(v_{1}^{2} = v_{2}^{2} + 2gH\cdots \cdots (1)\)

จาก \(Av_{2} = av_{1}\)

\(v_{2} =\frac{av_{1}}{A}\)

\(v_{2} \approx 0; a << A \cdots \cdots (2)\)

แทน \((2)\) ใน \((1)\) จะได้ \(v_{1}^{2} = 2gH\)

\(v_{1} =\sqrt{2gH}\)

จาก \(\frac{\Delta V}{\Delta t}= Av\)

\(\frac{Ah}{\Delta t}= av_{1}\)

\(\Delta t =\frac{Ah}{av_{1}}\)

\(\Delta t =\frac{Ah}{a2gH}\;\blacksquare\)

โจทย์อื่นในหัวข้อ สมการแบร์นูลลี (Bernoulli’s Equation)
9.63 9.64 9.65 9.66 9.67 9.68 9.69 9.70 9.72