Kuvan mukaisella venturimittarilla voidaan mitata virtaavan aineen nopeus putkessa. Pisteessä 1 nopeus on pienempi ja paine suurempi kuin pisteessä 2.

Venturi-ilmiö on Bernoullin lakiin liittyvä ilmiö, jossa virtaavan fluidin nopeus suurenee ja paine pienenee, kun se kulkee kavennetun putken läpi. Koska aineen tilavuusvirtausnopeuden (yksikkö m3/s) on pysyttävä vakiona, niin putken kaventuessa on virtausnopeuden (yksikkö m/s) suurennuttava, mikä johtuu jatkuvuusyhtälön toteutumisesta. Ja kun virtaavan fluidin nopeus kasvaa putken kaventuessa, on fluidin aiheuttaman paineen pienennyttävä.

Venturi-ilmiö on nimetty italialaisen fyysikon Giovanni Battista Venturin mukaisesti.

Yhtälöitä

Bernoullin yhtälö

Bernoullin yhtälö putkessa virtaavalle aineelle, jonka tiheys on vakio (aine siis on kokoonpuristumaton) ja gravitaation aiheuttama kiihtyvyys , voidaan esittää muodossa

,

missä putken pisteessä 1 putken korkeus on ja aineen paine on . Vastaavasti putken pisteessä 2 putken korkeus on ja aineen paine on .

Paine-ero putken eri kohdissa

Jos kuitenkin tarkastellaan tilannetta, jossa putkella ei ole korkeuseroja (eli = ), niin Bernoullin yhtälöstä jätetään huomioimatta termit . Tällöin voidaan laskea putken pisteissä 1 ja 2 kulkevan aineen paineiden erot muokatulla Bernoullin yhtälöllä

,

joka siis kuvaa putkea, jossa pisteessä 2 putki on ohuempi kuin pisteessä 1.

Tilavuusvirtausnopeus

Tilavuusvirtausnopeus kertoo, kuinka suuri tilavuus virtaavaa ainetta putken tietyn kohdan poikkileikkauksen läpi kulkee aikayksikköä kohden. Jatkuvuusyhtälön mukaisesti tilavuusvirtausnopeus on kokoonpuristumattomalle fluidille putken paksuudesta riippumatta vakio

,

missä siis on putken kohdan 1 poikkileikkauksen pinta-ala ja on putken kohdan 2 poikkileikkauksen pinta-ala. Tämä yhtälö yhdistettynä yllä olevaan paine-eroyhtälöön

voidaan laskea putkessa virtaavan aineen tilavuusvirtausnopeus yhtälöllä

.

Esimerkkejä Venturi-ilmiöstä

  • Kaasutin
  • Muita suonia ohuemmat hiussuonet ihmisen verenkierrossa
  • Kaupungeissa ilmamassojen pakotettu liikkuminen tuulen mukana suurten rakennusten välissä
  • Vesiputkistoissa olevan veden alipaineistus vesihanan avulla
  • Suihke- ja sumutinpullot (esimerkiksi hajuvesi ja spraymaali)
  • Vaahtosammutin

Lähteet

  1. a b c Young & Freedman: ”14.5”, University Physics with Modern Physics, 11. painos. Pearson, 2004. ISBN 0-321-20469-7. (englanniksi)

Tässä artikkelissa käytetään materiaalia Wikipedia-artikkelista Venturi-ilmiö, joka julkaistaan Creative Commons Attribution-Share-Alike License 3.0 -kohdassa.