Как бы продолжение статьи "Тепло (температура) и давление."
Я часто в своих статьях пишу такие фразы, что при увеличении скорости движения газа, давление газа уменьшается. Ну и потом, как результат, идёт уплотнение струи газа, её охлаждение и т.д.
Несмотря на то, что всё это описано в разделе физики, называемой "Газовая динамика", я постараюсь на пальцах объяснить, почему же на самом деле это происходит. Физику этих процессов. Ну а если кому захочется уже всё узнать по подробнее, можете и залесть названный раздел физики с формулами и расчётами.
Другими словами хочу показать, почему при увеличении скорости струи газа давление уменьшается?
Итак, берём определённый объём газа и рассмотрим, как ведут себя его частицы?
Частично, я уже рассматривал поведение частиц газа в статьях "Динамика газовых сред на пальцах. Часть 1. Первичные понятия и газовые слои" и "Тепло (температура) и давление".
В газе все частицы движутся хаотично (броуновское движение), но суммарный вектор скорости в таком газе равен нулю.
Теперь представим, что в какой-то момент часть газа (некая струя) начала двигаться таким образом, что суммарный вектор скорости движения в этой части газа (струи) уже не равен нулю.
Т.е. этот слой газа начал двигаться направлено. Мы сейчас не рассматриваем, по какой причине это произошло. Для данной темы это не принципиально.
Теперь рассмотрим, что начинает происходить в этой струе.
Как и прежде в газе сохранилось хаотическое движение. Но теперь, так как большая часть направления движения частиц газа была перенаправлена в сторону движения всей струи, то остальная суммарная часть движения частиц уменьшилась.
Если считаем, что во всём объёме газа энергия хаотического движения примерно одинаковая (усреднённая скорость движения частиц равна нулю), то это означает, что давление газа внутри струи газа на стенки струи стало меньше по сравнению с внешним остальным объёмом газа.
Как видим на рисунке, силы давления становятся различными и внешнее давление начинает сжимать струю газа, увеличивая его плотность (количество частиц на объём).
И это будет происходить до тех пор, пока внешнее давление не уравновеситься, за счёт внутреннего давления струи из-за увеличения её плотности.
Я думаю из этих рассуждений понятно, что чем больше скорость струи, тем меньше внутренне давление её частиц на стенки струи, а значит внешнее давление будет ещё больше сжимать струю газа и уплотнять её.
Повторюсь, это возможно только при равенстве усреднённых энергий движения частиц газа как внутри струи, так и внешней среды. Если система будет открытая, такое равенство будет выполняться всегда.
Наверняка многие помнят такой простой опыт, когда мы ставим параллельно два листа бумаги и дуем между ними. Кто не видел, может легко повторить в любой момент.
И мы сразу увидим, что листы бумаги начинают сгибаться в сторону друг друга. Это как раз показывает, что в тот момент, когда вы направляете струю воздуха изо рта между листочками бумаги, давление между ними уменьшается и внешнее атмосферное давление начинает прижимать листы друг к другу.
Я думаю теперь вполне понятны физические причины связи скорости газа и его давления.