Xem mã nguồn của Nguyên lý Bernoulli

{{về| Nguyên lý Bernoulli và phương trình Bernoulli trong thủy động lực học|Định lý Bernoulli trong xác suất|luật số lớn|chủ đề không liên quann trong [[phương trình vi phân thường]]|phương trình vi phân Bernoulli}}
[[Tập tin:VenturiFlow.png|right|thumb|Luồng khí qua [[hiệu ứng Venturi|ống Venturi]]. The kinetic energy increases at the expense of the [[fluid pressure]], as shown by the difference in height of the two columns of water.]]
{{Cơ học môi trường liên tục}}
Trong [[thủy động lực học]], '''nguyên lý Bernoulli''' phát biểu rằng đối với một dòng chất lưu [[dẫn nhiệt|không dẫn nhiệt]] không có [[độ nhớt|tính nhớt]], sự tăng vận tốc của chất lưu xảy ra tương ứng đồng thời với sự giảm [[áp suất]] hoặc sự giảm [[thế năng]] của [[chất lưu]].<ref>Clancy, L.J., ''Aerodynamics'', Chapter 3.</ref><ref name="Batchelor_3.5">Batchelor, G.K. (1967), Section 3.5, pp.&nbsp;156–64.</ref> Nguyên lý này đặt theo tên của [[Daniel Bernoulli]], ông đã công bố nó trong quyển sách của mình ''Hydrodynamica'' vào năm 1738.<ref>{{chú thích web | URL =http://www.britannica.com/EBchecked/topic/658890/Hydrodynamica#tab=active~checked%2Citems~checked&title=Hydrodynamica%20–%20Britannica%20Online%20Encyclopedia | title=Hydrodynamica | accessdate = ngày 30 tháng 10 năm 2008 |publisher= Britannica Online Encyclopedia }}</ref>

Nguyên lý Bernoulli áp dụng được cho nhiều loại chất lưu, chúng thể hiện qua kết quả khi viết dưới dạng '''phương trình Bernoulli'''. Thực tế, có các dạng phương trình Bernoulli khác nhau cho những loại chất lưu khác nhau. Dạng đơn giản của nguyên lý Bernoulli thỏa mãn cho trường hợp [[dòng chảy không nén được]] (ví dụ cho dòng [[chất lỏng]]) và cho cả [[dòng chảy nén được]] (ví dụ đối với [[khí]]) chuyển động nhỏ hơn tốc độ âm thanh ([[số Mach]]) (thường là nhỏ hơn 0,3). Các dạng phức tạp hơn ở một số trường hợp có thể áp dụng cho trường hợp dòng chảy nén được chuyển động với vận tốc lớn hơn các số Mach (xem [[#Suy luận ra phương trình Bernoulli|cách suy luận ra phương trình Bernoulli]]). <!-- This was previously deleted and had to be restored. Please state the criteria for the use of Bernoulli's principle. If there are none, don't just delete it, state it or preferably explain it. -->

Nguyên lý Bernoulli là hệ quả của [[định luật bảo toàn năng lượng]]. Nó phát biểu rằng, trong một dòng chảy ổn định, tổng mọi dạng năng lượng trong chất lưu dọc theo [[đường dòng]] là như nhau tại mọi điểm trên đường dòng đó. Điều này đòi hỏi rằng tổng [[động năng]], [[thế năng]] và [[nội năng]] phải là hằng số.<ref name="Batchelor_3.5"/> Do đó một sự tăng vận tốc của chất lưu – hàm ý sự tăng ở cả [[áp suất động lực]] và động năng – diễn ra đồng thời với sự giảm (theo tổng của) [[áp suất tĩnh]], thế năng và nội năng. Nếu chất lưu chảy ra khỏi một nguồn, tổng mọi dạng năng lượng sẽ là như nhau trên mọi đường dòng bởi vì trong nguồn năng lượng trên một đơn vị thể tích (tổng áp suất và [[thế năng hấp dẫn]] ''ρ&nbsp;g&nbsp;h'') là như nhau ở khắp nơi.<ref>Streeter, V.L., ''Fluid Mechanics'', Example&nbsp;3.5, McGraw&ndash;Hill Inc. (1966), New York.</ref>

Nguyên lý Bernoulli cũng suy được trực tiếp từ [[định luật thứ hai của Newton]]. Nếu một thể tích nhỏ của chất lưu chảy theo phương ngang từ vùng có áp suất cao đến vùng có áp suất thấp, thì áp suất mặt sau của nó sẽ lớn hơn áp suất ở mặt trước của nó. Điều này dẫn tới có tổng hợp lực trên đơn vị thể tích, làm gia tốc nó dọc theo đường dòng.<ref name=Babinsky>"If the particle is in a region of varying pressure (a non-vanishing pressure gradient in the x-direction) and if the particle has a finite size l, then the front of the particle will be ‘seeing’ a different pressure from the rear. More precisely, if the pressure drops in the x-direction (dp/dx < 0) the pressure at the rear is higher than at the front and the particle experiences a (positive) net force. According to Newton’s second law, this force causes an acceleration and the particle’s velocity increases as it moves along the streamline... Bernoulli’s equation describes this mathematically (see the complete derivation in the appendix)."{{citation
  | journal=Physics Education
  | first=Holger
  | last=Babinsky
  |date=November 2003
  | url=http://www.iop.org/EJ/article/0031-9120/38/6/001/pe3_6_001.pdf
  | title=How do wings work?
  }}</ref><ref name="Weltner">"Acceleration of air is caused by pressure gradients. Air is accelerated in direction of the velocity if the pressure goes down. Thus the decrease of pressure is the cause of a higher velocity." {{Citation
 | last1=Weltner
 | first1=Klaus
 | last2=Ingelman-Sundberg
 | first2=Martin
 | title=Misinterpretations of Bernoulli's Law
 | url=http://user.uni-frankfurt.de/~weltner/Mis6/mis6.html
}}</ref><ref>{{chú thích web | url = http://www.av8n.com/how/htm/airfoils.html | tiêu đề =  3  Airfoils and Airflow | author =  | ngày =  | ngày truy cập =  | nơi xuất bản =  | ngôn ngữ = }}</ref>

Các hạt chất lỏng chỉ chịu áp suất và trọng lượng của chúng. Nếu một chất lỏng hạt chảy theo phương ngang và dọc theo tiết diện của đường dòng, nơi vận tốc tăng lên chỉ có thể vì chất lỏng qua tiết diện đó di chuyển từ vùng có áp suất cao hơn sang vùng có áp suất thấp hơn; và nếu vận tốc của nó giảm, chỉ có thể bởi nó di chuyển từ vùng có áp suất thấp hơn sang vùng có áp suất lớn hơn. Hệ quả là, đối với chất lỏng chảy theo phương ngang, vận tốc lớn nhất xuất hiện khi có áp suất nhỏ nhất, và vận tốc nhỏ nhất xuất hiện khi có áp suất cao nhất.<ref>Resnick, R. and Halliday, D. (1960), section 18-4, ''Physics'', John Wiley & Sons, Inc.</ref>

== Phương trình dòng không nén được ==
Trong hầu hết các chất lỏng, và khí có vận tốc nhỏ hơn [[số Mach]], [[mật độ]] của một lượng chất lỏng có thể coi là không đổi, bất kể áp suất biến đổi trong chất lỏng. Do đó, chất lưu có thể coi là không nén được và gọi là dòng không nén được. Bernoulli thực hiện thí nghiệm của mình trên chất lỏng, vì vậy phương trình của ông ban đầu chỉ đúng cho dòng không nén được.
Dạng phương trình Bernoulli phổ biến, đúng tại một điểm bất kỳ dọc theo [[đường dòng]] là:
{{NumBlk|:|<math>{v^2 \over 2}+gz+{p\over\rho}=\text{constant}</math>|{{EquationRef|A}}}}

với:
:<math>v\,</math> [[vận tốc]] của dòng chất lỏng tại điểm trên đường dòng,
:<math>g\,</math> là [[gia tốc trọng trường của Trái Đất|gia tốc trọng trường]],
:<math>z\,</math> là [[cao độ]] của điểm so với một mặt phẳng tham chiếu, với giá trị dương của ''z''-hướng lên trên – ngược chiều với hướng của vectơ gia tốc trọng trường,
:<math>p\,</math> là [[áp suất]] tại điểm đó, và
:<math>\rho\,</math> là [[mật độ]] tại mọi điểm trong chất lỏng.

Đối với trường [[lực bảo toàn]], phương trình Bernoulli có thể tổng quát thành:<ref name=Batchelor_265>Batchelor, G.K. (1967), §5.1, p. 265.</ref>

:<math>{v^2 \over 2}+\Psi+{p\over\rho}=\text{constant}</math>

với ''Ψ'' là [[lực bảo toàn|lực thế]] tại điểm đang xét trên đường dòng. ''Ví dụ'' đối với trường hấp dẫn của Trái Đất ''Ψ''&nbsp;=&nbsp;''gz''.

Hai giả sử sau phải được đáp ứng để có thể áp dụng được nguyên lý Bernoulli:<ref name=Batchelor_265/>
* Dòng chảy phải không nén được – ngay cả khi áp suất thay đổi, mật độ vẫn phải không đổi dọc theo đường dòng;
* [[Ma sát]] gây bởi lực nhớt là nhỏ không đáng kể. Trong quãng đường dài sự tiêu hao cơ năng sẽ xuất hiện dưới dạng nhiệt. Sự tiêu tán này có thể ước lượng từ [[phương trình Darcy–Weisbach]].

Bằng cách nhân với mật độ chất lỏng <math>\rho</math>, phương trình ({{EquationNote|A}}) có thể viết lại thành:

:<math>
\tfrac12\, \rho\, v^2\, +\, \rho\, g\, z\, +\, p\, =\, \text{constant}\,
</math>

hay:

:<math>
q\, +\, \rho\, g\, h\,
  =\, p_0\, +\, \rho\, g\, z\,
  =\, \text{constant}\,
</math>

với:
:<math>q\, =\, \tfrac12\, \rho\, v^2</math> là [[áp lực động]],

:<math>h\, =\, z\, +\, \frac{p}{\rho g}</math> là [[độ cao thủy lực]] hay [[cột nước tĩnh]] (tổng của cao độ ''z'' và [[cột áp thủy tĩnh]] hay độ cao cột nước)<ref name=Mulley_43_44>{{chú thích sách | title=Flow of Industrial Fluids: Theory and Equations | first=Raymond | last=Mulley | publisher=CRC Press | year=2004 | isbn=0-8493-2767-9 | postscript=. }}, 410 pages. See pp. 43–44.</ref><ref name=Chanson_22>{{chú thích sách | title=Hydraulics of Open Channel Flow: An Introduction | first=Hubert | last=Chanson | authorlink=Hubert Chanson | publisher=Butterworth-Heinemann | year=2004 | isbn=0-7506-5978-5 | postscript=. }}, 650 pages. See p. 22.</ref> và

:<math>p_0\, =\, p\, +\, q\,</math> là [[áp lực tổng]] (tổng áp lực tĩnh ''p'' và áp lực động ''q'').<ref>{{chú thích sách | title=Prandtl's Essentials of Fluid Mechanics | first1=Herbert | last1=Oertel | first2=Ludwig | last2= Prandtl | first3=M. | last3=Böhle | first4=Katherine | last4=Mayes | publisher=Springer | year=2004 | isbn=0-387-40437-6 | pages=70&ndash;71 | postscript=. }}</ref>

Có thể chuẩn hóa hằng số trong phương trình Bernoulli. Cách tiếp cận chung là viết nó theo '''cột nước toàn phần''' hay '''năng lượng tổng''' ''H'':

:<math>H\, =\, z\, +\, \frac{p}{\rho g}\, +\, \frac{v^2}{2\,g}\, =\, h\, +\, \frac{v^2}{2\,g},</math>

Phương trình trên cho thấy có vận tốc dòng khi áp lực bằng 0, và thậm chí ở vận tốc lớn hơn có thể có áp lực âm. Đa số khí và chất lỏng không có áp lực âm tuyệt đối hay thậm chí áp lực 0, vì vậy rõ ràng phương trình Bernoulli còn đúng trước khi chất lưu đạt tới áp lực 0. Trong chất lỏng – khi áp lực trở lên quá thấp – sẽ xuất hiện bọt khí (cavitation). Phương trình trên sử dụng mối quan hệ tuyến tính giữa bình phương vận tốc chảy và áp lực. Đối với khí có vận tốc chuyển động lớn, hoặc đối với sóng [[âm thanh]] trong chất lỏng, sự thay đổi về mật độ khối lượng trở lên đáng kể do đó giả sử về mật độ hằng số không còn áp dụng được nữa.

== Xem thêm ==
* [[Thủy động lực học]]
* [[Phương trình Navier–Stokes]]
* [[Phương trình Euler (thủy động lực học)]]
* [[Thủy tĩnh học]]

== Tham khảo ==
{{tham khảo|2}}

== Ghi chú ==
{{tham khảo|group="nb"}}

== Đọc thêm ==
{{đầu tham khảo}}
*{{chú thích sách | first=G.K. | last=Batchelor | title=An Introduction to Fluid Dynamics | year=1967 | publisher=Cambridge University Press | isbn=0-521-66396-2 }}
*{{chú thích sách | first= L.J. | last=Clancy | authorlink= | year=1975 | title=Aerodynamics | publisher=Pitman Publishing, Luân Đôn | isbn=0-273-01120-0 }}
*{{chú thích sách | first=H. | last=Lamb | authorlink=Horace Lamb | year=1993 | title=Hydrodynamics | publisher=Cambridge University Press | edition=6th | isbn=978-0-521-45868-9 }} Originally published in 1879; the 6th extended edition appeared first in 1932.
*{{chú thích sách |last1=Landau |first1=L.D. |author1-link=Lev Landau |last2=Lifshitz |first2=E.M. |author2-link=Evgeny Lifshitz |title=Fluid Mechanics |edition=2nd |series=Course of Theoretical Physics |publisher=Pergamon Press |year=1987 |isbn=0-7506-2767-0 |ref=harv}}
*{{chú thích sách | first=H. | last=Chanson | title=Applied Hydrodynamics: An Introduction to Ideal and Real Fluid Flows  | url=http://www.uq.edu.au/~e2hchans/reprints/book15.htm | year=2009 | publisher=CRC Press, Taylor & Francis Group | isbn=978-0-415-49271-3 }}

{{cuối tham khảo}}

== Liên kết ngoài ==
{{thể loại Commons|Bernoulli's principle}}
* [http://www.mathalino.com/reviewer/fluid-mechanics-and-hydraulics/energy-and-head Head and Energy of Fluid Flow]
* [http://mysite.du.edu/~jcalvert/tech/fluids/bernoul.htm Denver University &ndash; Bernoulli's equation and pressure measurement]
* [http://www.millersville.edu/~jdooley/macro/macrohyp/eulerap/eulap.htm Millersville University – Applications of Euler's equation]
* [http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/bga.html NASA – Beginner's guide to aerodynamics]
* [http://user.uni-frankfurt.de/~weltner/Misinterpretations%20of%20Bernoullis%20Law%202011%20internet.pdf Misinterpretations of Bernoulli's equation – Weltner and Ingelman-Sundberg]

{{DEFAULTSORT:Nguyên lý Bernoulli}}
[[Thể loại:Thủy động lực học]]
[[Thể loại:Động lực học chất lưu]]