Esercizi sulla legge di Bernoulli

Esercizi sulla legge di Bernoulli Esercizi sulla legge di Bernoulli
Esercizi sulla legge di Bernoulli

Versione italiana

Esercizi sulla legge di Bernoulli

La legge di Bernoulli è un principio fondamentale della fluidodinamica che descrive il comportamento di un fluido in movimento. Essa afferma che, in un fluido ideale (incomprimibile e senza attrito), la somma della pressione statica, della pressione dinamica e della pressione potenziale rimane costante lungo una linea di flusso.

Concetti chiave della legge di Bernoulli:

  1. Pressione statica (P): La pressione esercitata dal fluido in quiete.
  2. Pressione dinamica (\frac{1}{2} \rho v^212ρv2\frac{1}{2} \rho v^2): La pressione associata al movimento del fluido, dove \rhoρ\rho è la densità del fluido e v è la velocità del fluido.
  3. Pressione potenziale (\rho g hρgh\rho g h): La pressione dovuta alla posizione del fluido in un campo gravitazionale, dove g è l'accelerazione di gravità e h è l'altezza rispetto a un riferimento.

La legge di Bernoulli può essere espressa come:

P + \frac{1}{2} \rho v^2 + \rho g h = costanteP+12ρv2+ρgh=costanteP + \frac{1}{2} \rho v^2 + \rho g h = costante

Esercizi sulla legge di Bernoulli

Esercizio 1: Calcolo della velocità

Problema: Un fluido scorre attraverso un tubo che si restringe. In un punto del tubo, la pressione è di 200 kPa, la velocità è di 2 m/s e l'altezza è di 5 m. In un altro punto del tubo, la pressione è di 150 kPa e l'altezza è di 5 m. Qual è la velocità del fluido nel secondo punto?

Soluzione:
Utilizziamo la legge di Bernoulli tra i due punti:

P_1 + \frac{1}{2} \rho v_1^2 + \rho g h_1 = P_2 + \frac{1}{2} \rho v_2^2 + \rho g h_2P1+12ρv12+ρgh1=P2+12ρv22+ρgh2P_1 + \frac{1}{2} \rho v_1^2 + \rho g h_1 = P_2 + \frac{1}{2} \rho v_2^2 + \rho g h_2

Poiché le altezze sono uguali (h_1 = h_2h1=h2h_1 = h_2), possiamo semplificare l'equazione:

P_1 + \frac{1}{2} \rho v_1^2 = P_2 + \frac{1}{2} \rho v_2^2P1+12ρv12=P2+12ρv22P_1 + \frac{1}{2} \rho v_1^2 = P_2 + \frac{1}{2} \rho v_2^2

Sostituiamo i valori (considerando \rhoρ\rho dell'acqua = 1000 kg/m³):

200000 + \frac{1}{2} \cdot 1000 \cdot (2^2) = 150000 + \frac{1}{2} \cdot 1000 \cdot v_2^2200000+121000(22)=150000+121000v22200000 + \frac{1}{2} \cdot 1000 \cdot (2^2) = 150000 + \frac{1}{2} \cdot 1000 \cdot v_2^2

Calcoliamo:

200000 + 2000 = 150000 + 500 v_2^2200000+2000=150000+500v22200000 + 2000 = 150000 + 500 v_2^2
202000 = 150000 + 500 v_2^2202000=150000+500v22202000 = 150000 + 500 v_2^2
500 v_2^2 = 52000500v22=52000500 v_2^2 = 52000
v_2^2 = 104v22=104v_2^2 = 104
v_2 = \sqrt{104} \approx 10.2 \, \text{m/s}v2=10410.2m/sv_2 = \sqrt{104} \approx 10.2 \, \text{m/s}

Esercizio 2: Variazione di pressione

Problema: Un fluido scorre in un tubo orizzontale che si allarga. In un punto, la velocità del fluido è di 3 m/s e la pressione è di 120 kPa. Qual è la pressione nel punto in cui la velocità è di 1 m/s?

Soluzione:
Utilizziamo la legge di Bernoulli:

P_1 + \frac{1}{2} \rho v_1^2 = P_2 + \frac{1}{2} \rho v_2^2P1+12ρv12=P2+12ρv22P_1 + \frac{1}{2} \rho v_1^2 = P_2 + \frac{1}{2} \rho v_2^2

Sostituiamo i valori:

120000 + \frac{1}{2} \cdot 1000 \cdot (3^2) = P_2 + \frac{1}{2} \cdot 1000 \cdot (1^2)120000+121000(32)=P2+121000(12)120000 + \frac{1}{2} \cdot 1000 \cdot (3^2) = P_2 + \frac{1}{2} \cdot 1000 \cdot (1^2)

Calcoliamo:

120000 + 4500 = P_2 + 500120000+4500=P2+500120000 + 4500 = P_2 + 500

124500 = P_2 + 500124500=P2+500124500 = P_2 + 500

P_2 = 124000 \, \text{Pa} = 124 \, \text{kPa}P2=124000Pa=124kPaP_2 = 124000 \, \text{Pa} = 124 \, \text{kPa}

English version

Bernoulli's Law Exercises

Bernoulli's law is a fundamental principle of fluid dynamics that describes the behavior of a fluid in motion. It states that, in an ideal fluid (incompressible and without friction), the sum of the static pressure, the dynamic pressure, and the potential pressure remains constant along a streamline.

Key concepts of Bernoulli's law:

  1. Static pressure (P): The pressure exerted by the fluid at rest.
  2. Dynamic pressure (\frac{1}{2} \rho v^212ρv2\frac{1}{2} \rho v^2): The pressure associated with the motion of the fluid, where \rhoρ\rho is the density of the fluid and v is the velocity of the fluid.
  3. Potential pressure (\rho g hρgh\rho g h): The pressure due to the position of the fluid in a gravitational field, where g is the acceleration of gravity and h is the height with respect to a reference.

Bernoulli's law can be expressed as:

P + \frac{1}{2} \rho v^2 + \rho g h = constantP+12ρv2+ρgh=constantP + \frac{1}{2} \rho v^2 + \rho g h = constant

Bernoulli's Law Exercises

Exercise 1: Calculating Velocity

Problem: A fluid flows through a narrowing tube. At one point in the tube, the pressure is 200 kPa, the velocity is 2 m/s, and the height is 5 m. At another point in the tube, the pressure is 150 kPa, and the height is 5 m. What is the velocity of the fluid at the second point?

Solution:
We use Bernoulli's law between the two points:

P_1 + \frac{1}{2} \rho v_1^2 + \rho g h_1 = P_2 + \frac{1}{2} \rho v_2^2 + \rho g h_2P1+12ρv12+ρgh1=P2+12ρv22+ρgh2P_1 + \frac{1}{2} \rho v_1^2 + \rho g h_1 = P_2 + \frac{1}{2} \rho v_2^2 + \rho g h_2

Since the heights are equal (h_1 = h_2h1=h2h_1 = h_2), we can simplify the equation:

P_1 + \frac{1}{2} \rho v_1^2 = P_2 + \frac{1}{2} \rho v_2^2P1+12ρv12=P2+12ρv22P_1 + \frac{1}{2} \rho v_1^2 = P_2 + \frac{1}{2} \rho v_2^2

We substitute the values ​​(considering \rhoρ\rho of water = 1000 kg/m³):

200000 + \frac{1}{2} \cdot 1000 \cdot (2^2) = 150000 + \frac{1}{2} \cdot 1000 \cdot v_2^2200000+121000(22)=150000+121000v22200000 + \frac{1}{2} \cdot 1000 \cdot (2^2) = 150000 + \frac{1}{2} \cdot 1000 \cdot v_2^2

Let's calculate:

200000 + 2000 = 150000 + 500 v_2^2200000+2000=150000+500v22200000 + 2000 = 150000 + 500 v_2^2
202000 = 150000 + 500 v_2^2202000=150000+500v22202000 = 150000 + 500 v_2^2
500 v_2^2 = 52000500v22=52000500 v_2^2 = 52000
v_2^2 = 104v22=104v_2^2 = 104
v_2 = \sqrt{104} \approx 10.2 \, \text{m/s}v2=10410.2m/sv_2 = \sqrt{104} \approx 10.2 \, \text{m/s}

Exercise 2: Pressure variation

Problem: A fluid flows in a horizontal tube that widens. At one point, the velocity of the fluid is 3 m/s and the pressure is 120 kPa. What is the pressure at the point where the velocity is 1 m/s?

Solution:
We use Bernoulli's law:

P_1 + \frac{1}{2} \rho v_1^2 = P_2 + \frac{1}{2} \rho v_2^2P1+12ρv12=P2+12ρv22P_1 + \frac{1}{2} \rho v_1^2 = P_2 + \frac{1}{2} \rho v_2^2

We substitute the values:

120000 + \frac{1}{2} \cdot 1000 \cdot (3^2) = P_2 + \frac{1}{2} \cdot 1000 \cdot (1^2)120000+121000(32)=P2+121000(12)120000 + \frac{1}{2} \cdot 1000 \cdot (3^2) = P_2 + \frac{1}{2} \cdot 1000 \cdot (1^2)

We calculate:

120000 + 4500 = P_2 + 500120000+4500=P2+500120000 + 4500 = P_2 + 500

124500 = P_2 + 500124500=P2+500124500 = P_2 + 500

P_2 = 124000 \, \text{Pa} = 124 \, \text{kPa}P2=124000Pa=124kPaP_2 = 124000 \, \text{Pa} = 124 \, \text{kPa}

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