Vad är Bernoulli-effekten?

Bernoulli-effekten, eller Bernoulli-principen eller Bernoullis lag, är ett uttalande om förhållandet mellan flödeshastighet och tryck i ett vätskesystem; i huvudsak, när hastigheten för horisontellt flöde genom en vätska ökar, minskar trycket. Denna effekt, och principen som uttrycker detta formellt, upptäcktes av den berömda matematikern Daniel Bernoulli, som först publicerade sin formulering 1738. Eftersom ordet ”vätska” i fysiken syftar på beteendet hos både vätskor och gaser, såsom luft, Bernoulli-effekten kan observeras i både hydrodynamiska eller flytande system såväl som aerodynamiska eller gasformiga system.

Ett vanligt exempel som används för att förklara Bernoulli-effekten är flödet av vätska genom ett rör. Om vätskan rör sig jämnt genom röret, är de enda krafterna som verkar på vätskan dess egen vikt och själva vätskans tryck. Nu, om röret smalnar av, måste vätskan öka hastigheten, eftersom samma mängd vätska färdas genom ett mindre utrymme. Men om vätskan rör sig jämnt och vikten inte har förändrats, är det enda sättet på vilket vätskan kommer att röra sig snabbare om trycket bakom vätskan är större än trycket framför. Alltså måste trycket minska när hastigheten ökar.

Eftersom luft kan betraktas som en vätska (i fysiken anses allt som strömmar vara en vätska), används Bernoulli-effekten ofta vid modellering av aerodynamiska system. Racerbilar använder Bernoulli-effekten för att hålla dem på vägen i höga hastigheter; genom att använda en stjärtfena vinklad så att lufttrycket ovanför fenan är högre än under, hålls bilen väsentligen nere av atmosfärstrycket. Detta håller bilen på vägen genom att motverka ”drift” och ger föraren större kontroll och säkerhet. Flygplan använder Bernoulli-effekten på motsatt sätt för att hjälpa till att generera lyft. Andra vanliga, verkliga tillämpningar av Bernoulli-effekten inkluderar förgasare, som använder effekten för att dra in och blanda luft och bränsle, och segelfartyg, som kan generera framdrivningskraft från både vinden och tryckskillnaden som beskrivs av Bernoullis princip.

Även om det finns olika formuleringar av Bernoullis ekvation, som är ett formellt matematiskt uttalande av principen, kan Bernoulli-effekten observeras i varje typ av system som formuleringarna beskriver. Varje formulering beskriver olika vätskeegenskaper – inkompressibelt flöde, ostadigt potentiellt flöde och så vidare – men Bernoulli-effekten är generellt sett observerbar i varje system. Det finns dock vissa fall där principen är ogiltig, och i de fallen är effekten det också.