4สมการแบร์นูลลี

เอกสารประกอบเรียน รายวิชาฟิสิกส์ เรื่อง สมการของแบร์นลูลี หน้า 1
รายวิชา ฟิสิกส์ 6
ใบความรู้ 4
ประกอบหน่วยการเรียนรู้
ระดับชั้น มัธยมศึกษาปีที่ 6
เรื่อง กลศาสตร์ของไหล
หัวข้อเรื่อง สมการแบร์นูลลี
หลักความดันของของไหล จะกล่าวถึงของไหล ( ของเหลว อากาศ(แก๊ส) ) ที่เคลื่อนที่ ไม่อยู่นิ่ง เหมือนของเหลวในอ่าง หรือ น้าในเขื่อน ที่มีการไหลอย่างเป็นโดยจะใช้ความคิดเกี่ยวกับ ของไหลในอุดมคติที่สรุปได้ว่า
1. ทุกอนุภาคในของไหล เมื่อ เคลื่อนผ่านจุดเดียวกันจะมีความเร็วเท่ากัน และเมื่อไหลผ่านจุดต่างๆกันจะมี ความเร็วเท่ากันหรือแตกต่างกันก็ได้
2. ของไหลมีการไหลโดยไม่หมุน และไม่สามารถอัดได้
3. ของไหลมีการไหลโดยไม่มีแรงต้านเนื่องจากความหนืดของของไหล
4. ของไหล ณ ต้าแหน่งใด จะมีความหนาแน่นคงตัว
และความต่อเนื่องของการไหล จะมีอัตราการไหลที่คงตัวเสมอ โดยจะหาได้จากสมการดังต่อไปนี
อัตราการไหล = Av
โดย อัตราการไหล ณ ต้าแหน่งใดๆ จะคงตัว
Av = ค่าคงตัว
A1v1 = A2v2
ตัวอย่าง เม็ดเลือดไหลด้วยอัตราเร็ว 8 เซนติเมตรต่อวินาที ในเส้นเลือดใหญ่มีรัศมี 0.6เซนติเมตร ไปสู่เส้นเลือด ขนาดเล็กลง และมีรัศมี 0.3 เซนติเมตร อัตราเร็วของเม็ดเลือดในเส้นเลือดเล็กเป็นกี่เซนติเมตรต่อวินาที
วิธีทา จาก Av = ค่าคงตัว
จะได้ A1v1 = A2v2
(0.6 cm)(0.6 cm)(8 cm/s) = (0.3 cm)(0.3 cm)v2
v2 = 32 cm/s
ตอบ อัตราเร็วของเม็ดเลือดในเส้นเลือดเล็กเป็น 32 เซนติเมตรต่อวินาที
สมการของแบร์นูลลี
แบร์นูลลี ได้ใช้หลักความสัมพันธ์รหว่างงานและพลังงานในการอธิบายการไหลของของไหล ดังนี
จากหลักทรงพลังงาน ที่ว่าพลังงานจะไม่มีการสูญหายแต่มีการเปลี่ยนรูปได้ ดังนั น ทุกๆต้าแหน่งจะมีพลังงาน เท่ากัน
จะได้
W1 + E1 = W2 + E2
W1 - W2 = E2 - E1
P1V1 - P2V2 = ( (Ek + EP)2 ) - ( (Ek + EP )1 )
P1V1 - P2V2 = (Ek2 + EP2 - Ek1 - EP1)
P1V1 - P2V2 = (Ek2 - Ek1 )+ (EP2 - EP1 )
1
2
W1
E2
W2
E1

P1V1 - P2V2 = (
2
1
m2
2
2 v -
2
1
m1
2
1v )+ ( m2gh2 - m1gh1 ) , m = V
P1V1 - P2V2 = (
2
1
2V2
2
2 v -
2
1
1V1
2
1 v )+ (2V2gh2 - 1V1gh1 )
แต่ V1 = V2
P1 - P2 = (
2
1
2
2
v2 -
2
1
1
2
v1 )+ (2gh2 - 1gh1 )
P1 - P2 =
2
1
2
2
2 v -
2
1
1
2
1 v + 2gh2 - 1gh1
P1 +
2
1
 1
2
1v +  1g h1 = P2 +
2
1
 2
2
2 v +  2g h2
หรือ P +
2
1
 v2 +  g h = ค่าคงตัว ณ ต้าแหน่งใดเสมอ นี คือ สมการของแบร์นูลลี
ตัวอย่าง อัตราเร็วของลมพายุที่พัดเหนือหลังคาบ้านหลังหนึ่งเป็น 40 เมตรต่อวินาที ถ้าหลังคาบ้านนี มีพื นที่ 175
ตารางเมตร แรงยกที่กระท้ากับหลังคาบ้านเป็นกี่นิวตัน ก้าหนดให้ความหนาแน่นของอากาศขณะนั นเท่ากับ 0.3
กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร และ g = 10 เมตรต่อวินาทียกก้าลังสอง
วิธีทา จากสมการของแบร์นูลลี
P1 +
2
1
 1
2
1 v +  1g h1 = P2 +
2
1
 2
2
2v +  2g h2
ให้ อัตราเร็วที่พัดเหนือหลังคา v1 = 40 m/s
อัตราเร็วที่พัดใต้หลังคา v2 = 0 m/s
ความดันเหนือหลังคา คือ P1
ความดันที่กระท้าต่อหลังคา คือ P1 – P2
จะได้ P1 - P2 =
2
1
2
2
2 v -
2
1
1
2
1 v + 2gh2 - 1gh1
แต่ 2 = 1 และ ( h2 - h1 = 0 )
P1 - P2 =
2
1
 ( 2
2 v - 2
1v ) +  ( h2 - h1 )
P1 - P2 =
2
1
( 0.3 ) (1600 – 0 ) + ( 0.3 ) ( 0 )
P1 - P2 = 240 N / m2
จาก F = PA
จะได้ F = (P1 - P2)A
F = ( 240 )( 175 )
F = 42,000 นิวตัน
ตอบ แรงยกที่กระท้ากับหลังคาบ้านเป็น 42,000 นิวตัน

ใบงาน 4.1
Physics VI
5 คะแนน ( A )
เวลา 10 นาที
เรื่อง สมการของแบร์นูลลี
1. ให้นักเรียนเขียนแสดงความคิดเห็นว่า ทุกต้าแหน่งในท่อน้าที่ก้าลังฉีดน้าลดต้นไม้ หรือล้างรถยนต์ มีความดันและ อัตราเร็วของน้าเท่ากันหรือไม่ อย่างไร
…………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………
……………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………….
ใบงาน 4.2
Physics VI
5 คะแนน ( P )
1. ให้นักเรียนสรุปสาระส้าคัญที่ได้จากการสืบค้น ข้อมูล และบันทึกลงในสมุด
1. หลักความดันของของไหล
2. หลักของแบร์นูลลี
2. ให้นักเรียนเติมค้า หรือข้อความลงในช่องว่างให้ถูกต้อง
1. อัตราการไหล ส้าหรับของไหลในอุดมคติ คือ ผลคูณระหว่างพื นหน้าตัดของที่ไหลผ่านกับอัตราเร็วของไหล ขณะนั น มีหน่วยเป็น ………………………………………………………………………..
2. พื นหน้าตัดของที่ไหลผ่าน มีหน่วยเป็น ……………………………………………………………
3. อัตราเร็วของไหล มีหน่วยเป็น ……………………………………………………………………..
4. สมการความต่อเนื่องของการไหล ส้าหรับของไหลในอุดมคติ คือ ………………………………..
5. ปริมาตรของการไหล ณ ต้าแหน่งใด ๆ จะมีความแตกต่างกัน หรือไม่ ……………………………
6. ความดันของของไหล มีหน่วยเป็น ……………………………………………………………….
7. ณ ต้าแหน่งใด ๆ ในของไหล ความสัมพันธ์ระหว่างงานและพลังงาน จะคงตัวหรือ ไม่ ………….
8. สมการของแบร์นูลลี คือ ……………………………………………………………………………
9. คนยืนอยู่ข้างรางรถไฟถูกรถไฟดูดเข้าหา ขณะรถไฟเคลื่อนที่ผ่าน ใช้หลักการของแบร์นูลลี หรือ ไม่ ……
10. การยกตัวของเรือไฮโดรฟอยล์ ใช้หลักการของแบร์นูลลี หรือ ไม่ ………………………………………

รายวิชา ฟิสิกส์ 6 ใบงาน 4.3 ประกอบหน่วยการเรียนรู้
Physics VI เรื่อง กลศาสตร์ของไหล
ระดับชั้น มัธยมศึกษาปีที่ 6 5 คะแนน ( A ) เวลา 10 นาที
1. เม็ดเลือดไหลด้วยอัตราเร็ว 10 เซนติเมตรต่อวินาที ในเส้นเลือดใหญ่มีรัศมี 0.4 เซนติเมตร ไปสู่เส้นเลือดขนาดเล็กลง
และมีรัศมี 0.2 เซนติเมตร อัตราเร็วของเม็ดเลือดในเส้นเลือดเล็กเป็นกี่เซนติเมตรต่อวินาที
วิธีทา จาก Av = ค่าคงตัว
จะได้ A1v1 = A2v2
(0.4 cm)(…… cm)(…… cm/s) = (…….cm)(0.2 cm)v2
v2 = ……. cm/s
ตอบ อัตราเร็วของเม็ดเลือดในเส้นเลือดเล็กเป็น …….. เซนติเมตรต่อวินาที
2. ถ้าน้าปะปาในท่อที่ไหลผ่านมาตรวัดเข้าบ้านมีอัตราการไหล
7
88
x 10- 4 ลูกบาศก์เมตรต่อวินาที จงหาอัตราเร็วของ
น้าในท่อปะปาเมื่อส่งผ่านท่อที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 เซนติเมตร จะเป็นกี่เมตรต่อวินาที
วิธีทา จาก อัตราการไหล = Av
แทนค่า
7
88
x 10- 4 m3 /s =  ( 0.05 m)( …… m )v
7
88
x 10- 4 m3 /s =
7
22
( 25 x 10-4 m2 )v
v = …….. m/s
ตอบ อัตราเร็วของน้าในท่อปะปาจะเป็น ………….. เมตรต่อวินาที
3. อัตราเร็วของลมพายุที่พัดเหนือหลังคาบ้านหลังหนึ่งเป็น 20 เมตรต่อวินาที ถ้าหลังคาบ้านนี มีพื นที่ 160 ตาราง
เมตร แรงยกที่กระท้ากับหลังคาบ้านเป็นกี่นิวตัน ก้าหนดให้ความหนาแน่นของอากาศขณะนั นเท่ากับ 0.4 กิโลกรัมต่อ
ลูกบาศก์เมตร และ g = 10 เมตรต่อวินาทียกก้าลังสอง
วิธีทา จากสมการของแบร์นูลลี
P1 +
2
1
 1
2
v1 +  1g h1 = P2 +
2
1
 2
22
v +  2g h2
ให้ อัตราเร็วที่พัดเหนือหลังคา v1 = 20 m/s
อัตราเร็วที่พัดใต้หลังคา v2 = 0 m/s
ความดันที่กระท้าต่อหลังคา คือ P1 – P2

จะได้ P1 - P2 =
2
1
2
2
2 v -
2
1
1
2
1 v + 2gh2 - 1gh1
แต่ 2 = 1 และ ( h2 - h1 = 0 )
P1 - P2 =
2
1
 ( 2
2 v - 2
1v ) +  ( h2 - h1 )
P1 - P2 =
2
1
( 0.4 ) (……. – 0 ) + ( 0.4 ) ( 0 )
P1 - P2 = ………….. N / m2
จาก F = PA
จะได้ F = (P1 - P2)A
F = ( …….. )( ……… )
F = ………. นิวตัน
ตอบ แรงยกที่กระท้ากับหลังคาบ้านเป็น ………… นิวตัน
4. ถ้าต้องการให้น้าพุงออกจากปลายท่อน้าดับเพลิงด้วยความเร็ว 10 m/s ซึ่งอยู่ห่างจากปลายท่อเล็กน้อย ก้าหนดให้
เส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ A และ B เท่ากับ 10 cm และ 6 cm
ตามล้าดับและความดันบรรยากาศ 105 นิวตันต่อ ตารางเมตรจงหา
ความดันที่จุด A ซึ่งอยู่ห่างจากปลายท่อเล็กน้อย ( กี่นิวตัน/ตร.เมตร )
วิธีทา จากสมการความต่อเนื่องของการไหล Av = ค่าคงตัว
จะได้ AAvA = ABvB
(5 cm)(…… cm) vA = (…….cm)(3 cm) (…… m/s)
vA = ……. m/s
จากสมการของแบร์นูลลี
P1 +
2
1
 1
2
v1 +  1g h1 = P2 +
2
1
 2
22
v +  2g h2 ,
แต่ B = A = 103 kg/m3 และ h2 - h1 = 0
จะได้ PA +
2
1
 A
2
vA +  Ag h1= PB +
2
1
 B
2
vB +  B g h2
PA = PB +
2
1
 B
2
vB
2
1
 A
2
vA +  B g h2 -  Ag h1
PA = 105 N /m2 +
2
1
( 103 kg/m3)( 2
vB - ………) + ( 103 kg/m3)( 10 m/s2) ( h2 -
h1 )
PA = 105 N /m2 +
2
1
( 103 kg/m3)( 100 - ………) + ( 103 kg/m3)( 10 m/s2) ( ……. )
PA = ………………. N /m2
B
A

แบบฝึกทักษะ 4
Physics VI
คะแนน 5 คะแนน
ตอนที่ 1 ให้นักเรียนกาเครื่องหมาย / หน้าข้อที่ถูก และกาเครื่องหมาย  หน้าข้อที่ผิด
……1. การยกตัวของเครื่องบิน ใช้หลักการของแบร์นูลลี
……2. การยกตัวของเรือไฮโดรฟอยล์ ใช้หลักการของแบร์นูลลี
……3. คนยืนอยู่ข้างรางรถไฟถูกรถไฟดูดเข้าหา ขณะรถไฟเคลื่อนที่ผ่าน ใช้หลักการของแบร์นูลลี
……4.ขณะรถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง แรงที่พื นกระท้าต่อยางรถยนต์ในแนวตั งฉากมีค่าลดลง ใช้หลักการของแบร์นูลลี
จงพิจารณาจากรูป น้าไหลจากท่อ X ไป Y ซึ่งอยู่ในแนวระดับและตกลงมาทางท่อ Z
……5. อัตราเร็วในท่อ Y มากกว่าอัตราเร็วในท่อ X
……6. อัตราเร็วในท่อ Z มากกว่าอัตราเร็วในท่อ Y
……7. ความดันในท่อ Y น้อยกว่าความดันในท่อ X
……8. ความดันในท่อ Z น้อยกว่าความดันในท่อ Y
จงพิจารณาน้าที่พุ่งออกจากปลายท่อน้าดับเพลิง เกี่ยวกับอัตราเร็วและความดันของน้า จากรูป
……9. อัตราเร็วของน้าที่ A จะมากกว่า อัตราเร็วของน้าที่ B
..…10. ความดันของน้าที่ A จะน้อยกว่าความดันของน้าที่ B
ตอนที่ 2 ให้นักเรียนเลือกค้าตอบข้อที่ถูกต้องที่สุดเพียงข้อเดียวแล้วเขียน O ล้อมรอบข้อนั น
1. ข้อใดเป็น ของไหลในอุดมคติ
ก. ทุกอนุภาคในของไหล เมื่อ เคลื่อนผ่านจุดเดียวกันจะมีความเร็วเท่ากัน และเมื่อไหลผ่านจุดต่างๆกันจะมี ความเร็วเท่ากันหรือแตกต่างกันก็ได้
ข. ของไหลมีการไหลโดยไม่หมุน และไม่สามารถอัดได้ (ปริมาตรคงตัว )
ค. ของไหลมีการไหลโดยไม่มีแรงต้านเนื่องจากความหนืดของของไหล
ง. ถูกทุกข้อ
2. จงพิจารณาข้อความต่อไปนี
1. ของไหลเมื่อไหลผ่านบริเวณใดจะยังคงมีความหนาแน่นเท่าเดิม
2. อัตราการไหล เป็นผลคูณของพื นที่หน้าตัดที่ของไหลผ่านกับอัตราเร็วของของไหลที่ผ่าน ณ ต้าแหน่งใดๆ
3. อัตราการไหล ณ ต้าแหน่งใดๆ จะมีค่าคงตัวเสมอ
ข้อใดถูก
ก. ข้อ 1 และ 2 ข. ข้อ 2 และ 3 ค. ข้อ 1 และ 3 ง. ข้อ 1 , 2 และ 3
X
Y
Z
B
A

3. เม็ดเลือดไหลด้วยอัตราเร็ว 10 เซนติเมตรต่อวินาที ในเส้นเลือดใหญ่มีรัศมี 0.3 เซนติเมตร ไปสู่เส้นเลือดขนาดเล็กลง
และมีรัศมี 0.2 เซนติเมตร อัตราเร็วของเม็ดเลือดในเส้นเลือดเล็กเป็นกี่เซนติเมตรต่อวินาที
ก. 15.5 ข. 20.5 ค. 21.5 ง. 22.5
4. ถ้าน้าปะปาในท่อที่ไหลผ่านมาตรวัดเข้าบ้านมีอัตราการไหล
7
88
x 10- 4 ลูกบาศก์เมตรต่อวินาที จงหาอัตราเร็วของ
น้าในท่อปะปาเมื่อส่งผ่านท่อที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 เซนติเมตร จะเป็นกี่เมตรต่อวินาที
ก. 1 ข. 2 ค. 3 ง. 4
โจทย์ ใช้ตอบคาถามข้อ 5 – 6
พิจารณาของไหลในหลอดแก้ว 4 หลอดที่ต่อถึงกัน และต่อกับกระบอกแก้ว ดังรูป ของไหลใต้หลอดแก้ว 1 , 2 , 3
และ 4 ไหลไปทางขวามือ ให้อัตราเร็วเป็น v1 , v2 , v3 และ v4 ตามลาดับ
5. จากรูป ก. อัตราเร็วของของไหล และ ความดันในของไหลใต้หลอดแก้ว เป็นอย่างไร
ก. อัตราเร็ว v1 = v2 = v3 = v4 ความดันในของไหลใต้หลอดแก้วทั งสี่เท่ากัน
ข. อัตราเร็ว v1 = v3 = v4 และ v2 มากที่สุด ความดันในของไหลใต้หลอดแก้ว
หลอดที่ 2 น้อยที่สุด
ค. อัตราเร็ว v1  v2  v3  v4 ตามล้าดับ ความดันในของไหลใต้หลอดแก้ว
หลอด 1 2 3 4
ง. อัตราเร็ว v1 = v3 = v4 และ v2 น้อยที่สุด ความดันในของไหลใต้หลอดแก้ว
หลอดที่ 2 มากที่สุด
6. จากรูป ข. อัตราเร็วของของไหล และ ความดันในของไหลใต้หลอดแก้ว เป็นอย่างไร
ก. อัตราเร็ว v1 = v2 และ v3 = v4 โดย v1  v3 ความดันในของไหลใต้หลอดที่
1 และ 2 มากกว่า หลอด 3 และ 4
ข. อัตราเร็ว v1  v2 และ v3  v4 ความดันในของไหลใต้หลอดที่ 1 และ 2
น้อยกว่า หลอด 3 และ 4
ค. อัตราเร็ว v1  v2  v3  v4 ตามล้าดับ ความดันในของไหลใต้หลอดแก้ว
หลอดที่ 1 2 3 4
ง. อัตราเร็ว v1 = v3 = v4 และ v2 น้อยที่สุด ความดันในของไหลใต้หลอดแก้ว
หลอดที่ 2 มากที่สุด
โจทย์ใช้ตอบคาถามข้อ 7 – 8
อัตราเร็วของลมพายุที่พัดเหนือหลังคาบ้านหลังหนึ่งเป็น 30 เมตรต่อวินาที กาหนดให้ความหนาแน่นของอากาศ
ขณะนั้นเท่ากับ 0.3 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร และ g = 10 เมตรต่อวินาทียกกาลังสอง
7. ผลต่างระหว่างความดันอากาศเหนือหลังคาบ้านและใต้หลังคาบ้านนี เป็นกี่นิวตันต่อตารางเมตร
ก. 90 ข. 135 ค. 180 ง. 270
8. ถ้าหลังคาบ้านนี มีพื นที่ 175 ตารางเมตร แรงยกที่กระท้ากับหลังคาบ้านเป็นกี่นิวตัน
ก. 47,250 ข. 31,500 ค. 23,625 ง. 15,750
1 2 3 4
รูป ก.
v1 v2 v3 v4
1 2 3 4
รูป ข.
v1 v2 v3 v4

โจทย์ใช้ตอบคาถามข้อ 9 – 10
ถ้าต้องการให้น้าพุงออกจากปลายท่อน้าดับเพลิงด้วยความเร็ว 20 m/s ซึ่งอยู่ห่างจากปลายท่อเล็กน้อย กาหนดให้ เส้นผ่านศูนย์กลาง ของท่อ A และ B เท่ากับ 8 cm และ 4 cm ตามลาดับและความดัน บรรยากาศ 105 นิวตัน/ตร.เมตร
9. จงหาความเร็วของน้าในท่อ A ( เมตร/วินาที )
ก. 15 ข. 12 ค. 7 ง. 5
10. จงหาความดันที่จุด A ซึ่งอยู่ห่างจากปลายท่อเล็กน้อย ( กี่นิวตัน/ตร.เมตร )
ก. 2.225x105 ข. 2.475x105 ค. 2.625x105 ง. 2.875x105
B
A

4สมการแบร์นูลลี

More Related Content

What's hot

Similar to 4สมการแบร์นูลลี

More from Wijitta DevilTeacher

4สมการแบร์นูลลี