Name: liquid speed from reservoir outlets
Uploaded: 2026-01-30T03:08:28.000Z
Duration: 1 min 14 s
Channel: JoVE

סילונים חופשיים מדגימים התנהגות נוזלים המתוארת על ידי משוואת ברנולי, כאשר הנוזל יוצא מפייה וזורם בחופשיות לאוויר.
מהירות הזרימה בפייה נקבעת על ידי גובה עמוד הנוזל שמעליה, הממיר אנרגיה פוטנציאלית לאנרגיה קינטית.
לחץ היציאה של הסילון תואם את הלחץ האטמוספרי, והמהירות גדלה ככל שהנוזל זורם ממאגר גדול.
בשל אינרציה נוזלית, הסילון מצטמצם ממש מחוץ לזרבובית, ויוצר את שטח החתך הקטן ביותר. תופעה זו ידועה בשם vena contracta.
היחס בין שטח הסילון בווריד הוורידי לבין שטח הזרבובית נותן את מקדם ההתכווצות.
צורות זרבובית שונות, כגון עיצובי קצה סכין, מעוגלים היטב, חדים ומצטרפים מחדש, משפיעות על תבנית הזרימה ומקדם ההתכווצות.
בתכנון מערכות כגון spillways ו weirs, אפקט הווריד החוזה נחשב למדידת זרימה מדויקת.
סילונים חופשיים חיוניים ביישומי הנדסה אזרחית לשליטה בזרימת נוזלים ולמזעור ההשפעה המבנית.

סילון חופשי

<div style="direction:rtl">

סילונים חופשיים מתארים את זרימת הנוזל היוצא ממאגר דרך פתח אל האטמוספירה ללא התנגדות. מהירות הסילון (V) נגזרת באמצעות עקרון ברנולי ומתוארת כך: 
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/18037/18037_Equation_1.svg" style="text-align: center; height: 15px;"> 

כאשר h הוא גובה הנוזל מעל הפתח. קשר זה מניח לחץ אטמוספירי הן על פני המאגר והן ביציאת הסילון. גובה עמוד הנוזל שולט במהירות הנוזל ביציאה, כאשר האנרגיה הפוטנציאליות של הנוזל הופכת לאנרגיה קינטית במהלך הזרימה. 

תופעת הוונה קונטרקטה מתרחשת כאשר הנוזל יוצא דרך פתח עם שפה חדה, וכתוצאה מכך קוטר הסילון קטן מקוטר הפתח. תופעה זו נגרמת מכך שקווי הזרם של הנוזל אינם יכולים לעקוב אחר השוליים החדים, מה שיוצר אזור זרימה מכווץ. מקדם ההתכווצות הוא יחס בין שטח החתך של הסילון באזור הוונה קונטרקטה לשטח החתך של הפתח, והוא מגדיר את מידת ההתכווצות של הסילון. פרמטר זה מושפע מגאומטריית הפתח, כאשר עיצובים שונים כמו שפה חדה, שפה מעוגלת היטב, שפה בצורת סכין או שפה חוזרת יוצרים דפוסי זרימה ומאפייני התכווצות שונים. עבור פתח מעוגל היטב, 1.0=cC, בעוד שפתחים חדים או בצורת סכין מורידים את cC לכ-0.61 בפתחים חוזרים, הערכים נמוכים אף יותר.

מאפייני זרימה אלו והשפעות ההתכווצות חשובים ליישומים הנדסיים הכוללים פריקת נוזלים, ממאגרים ועד לפתחי תעשייה.</div>

סילונים חופשיים מדגימים התנהגות נוזלים המתוארת על ידי משוואת ברנולי, כאשר הנוזל יוצא מפייה וזורם בחופשיות לאוויר.
מהירות הזרימה ...

Education

JoVE Core

Civil Engineering

הנדסה אזרחית

Unit 1

יחידה 1

Fluid Dynamics

דינמיקה של נוזלים

KEY TERMS AND CONCEPTS

מונחי מפתח ומושגים

Free Jet

liquid speed from reservoir outlets

Free jets show how liquid moves after leaving a reservoir through an opening and flowing into the air without resistance. The jet speed is found with Bernoulli’s principle, and it depends on the height of liquid above the opening. This relationship assumes atmospheric pressure at both the reservoir surface and the jet exit.

The liquid column’s height controls the speed at the nozzle because the fluid’s potential energy changes into kinetic energy during flow. As the liquid leaves the reservoir, its motion reflects this energy conversion. This is why a deeper liquid level can produce a faster jet.

A sharp-edged orifice can also cause vena contracta, which is the narrowed region where the jet becomes smaller than the nozzle opening. This happens because the streamlines cannot follow the abrupt edge smoothly. The contraction coefficient measures this narrowing by comparing the jet area at vena contracta with the nozzle area.

Nozzle shape changes the flow pattern and the amount of contraction. Knife-edge, sharp-edge, well-rounded, and re-entrant nozzles each produce different results. For a well-rounded nozzle, the contraction coefficient is 1.0, while sharp or knife-edged openings reduce it to about 0.61, and re-entrant nozzles produce even lower values. These effects matter in engineering systems that discharge liquid from reservoirs and industrial nozzles.

Liquid Speed from Reservoir Outlets

bernoulli's equation for flow along a streamline

bernoulli-s-equation-for-flow-along-a-streamline

Pressure and Speed in Bernoulli's Equation

Bernoulli's equation links pressure, speed, and height in a moving fluid along a streamline. It is used for incompressible, inviscid fluids under steady flow. The idea comes from applying Newton's second law to a small fluid element. That element feels forces from pressure differences, gravity, and changes in velocity. The resulting equation shows how fluid energy is shared. In the equation, P is pressure, ρ is fluid density, v is velocity, g is the acceleration due to gravity, and h is...

bernoulli's equation for flow normal to a streamline

bernoulli-s-equation-for-flow-normal-to-a-streamline

Pressure Changes Across Curved Streamlines

Bernoulli's equation for flow normal to a streamline describes how pressure changes across curved streamlines. When a fluid follows a curved path, the outer side of the curve experiences centrifugal force, which pushes the fluid outward. The pressure is therefore higher on the inner side, near the center of curvature, and lower farther out. The size of this pressure difference depends on the fluid's velocity and the radius of curvature. In flows with nearly straight streamlines, the pressure...

bernoulli's equation: problem solving

Venturi Meter Flow Rate from Pressure

A Venturi meter measures fluid flow rate in a pipeline by using pressure changes and Bernoulli's equation. In a sewage system, it can be used to determine wastewater flow rate by reading the pressure difference across the meter. The narrowed throat makes the fluid speed up, and that change in speed is linked to pressure drop. The first step is to find the cross-sectional areas of the pipe and the Venturi throat. These areas are needed to interpret the pressure difference shown on the pressure...

static, stagnation, dynamic and total pressure

static-stagnation-dynamic-and-total-pressure

Pitot-Static Measurement in Bernoulli Flow

Static pressure, dynamic pressure, stagnation pressure, and total pressure are key ideas in fluid dynamics. They are often explained with Bernoulli's equation. In that equation, p is static pressure, 1/2ρV^2 is dynamic pressure, γz is hydrostatic pressure or potential energy pressure, and pT is total pressure. For incompressible flow, the total pressure stays constant along a streamline. Static pressure is the pressure a fluid exerts when it is at rest, or when flowing fluid is brought to rest...

free jet

Free jets show how liquid moves after leaving a reservoir through an opening and flowing into the air without resistance. The jet speed is found with Bernoulli’s principle, and it depends on the height of liquid above the opening. This relationship assumes atmospheric pressure at both the reservoir surface and the jet exit. The liquid column’s height controls the speed at the nozzle because the fluid’s potential energy changes into kinetic energy during flow. As the liquid leaves the...

continuity equation

Fluid Flow and Area Changes

Fluid flow and area changes are linked by the continuity equation. For a steady flow of an incompressible fluid in a confined system, the mass flow rate stays constant. This idea is useful in nozzles, syringes, and pipes where the cross-sectional area changes. The mass flow rate is written as an equation that connects density, area, and velocity. For incompressible flow, the density stays the same, so the equation becomes simpler. When the area gets smaller, the fluid speed must increase. When...

energy line and hydraulic gradient line

Fluid Head Profiles in Pipes and Channels

Fluid head profiles in pipes and channels show how pressure, speed, and height change in a flowing fluid. These profiles come from Bernoulli's equation for steady, incompressible, inviscid flow. In that equation, total head includes pressure head, velocity head, and elevation head. The energy line (EL) shows the total head available in the flow. It sits above the datum and includes all three energy parts. Under ideal conditions, the EL stays horizontal because the total energy does not change...

design example: designing water slide

Water Slide Speed and Bernoulli's Principle

Water slide speed is controlled by Bernoulli's principle and the height of the slide. Engineers use these ideas to keep the ride exciting while making sure the water stays safe for riders. As water moves downhill, gravity makes it speed up. The water at the bottom depends on the height it starts from. A taller slide gives the water more potential energy at the top. That energy changes into kinetic energy as the water descends, so the flow becomes faster. Bernoulli's principle helps describe...

key terms and concepts

Learn how liquid speed from a reservoir depends on height, Bernoulli’s principle, and nozzle shape, including vena contracta and contraction coefficient.

Liquid Speed from Reservoir Outlets | JoVE K12

JoVE Core Civil Engineering provides a foundational exploration of essential construction materials in civil engineering, focusing on bricks, stones, steel, wood, and concrete through easy-to-understand animated videos. This collection covers the properties, manufacturing processes, and practical applications of these materials. Additionally, the accompanied science-in-action videos demonstrate the research experiments performed in laboratories.

civil engineering

Liquid Speed from Reservoir Outlets

Description

Transcript

Tags