41637

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ МЕТОДОМ СТОКСА

Лабораторная работа

Физика

2 используемая для определения коэффициента вязкости жидкости по методу Стокса представляет собой два стеклянных цилиндрических сосуда 1 наполненных жидкостью различной вязкости в данной работе определяется вязкость только одной жидкости; уровень поверхности жидкости обозначен цифрой 2. Пинцетом аккуратно опускают в сосуд с глицерином маленький шарик по оси симметрии сосуда плотность шарика больше плотности жидкости. Расстояние между поверхностью жидкости 2 и верхним указателем 3 подбирают так чтобы на этом участке скорость шарика...

Русский

2013-10-24

76.01 KB

56 чел.

                                    ЛАБОРАТОРНАЯ   РАБОТА №3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ МЕТОДОМ СТОКСА

  Цель работы:

Экспериментальное определение коэффициента вязкости жидкости по методу Стокса.

   Приборы и оборудование:

1. Лабораторный стенд

2.Секундомер

3.Набор шариков, смоченных в глицерине.

4.Пинцет.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И ВЫВОД РАССЧЕТНЫХ ФОРМУЛ.

Экспериментальная установка (рис.2) используемая для определения коэффициента вязкости жидкости по методу Стокса, представляет собой два

стеклянных цилиндрических сосуда 1, наполненных жидкостью различной вязкости ( в данной работе определяется вязкость только одной жидкости); уровень поверхности жидкости обозначен цифрой 2. На боковую поверхность сосудов надеты два тонких проволочных кольца 3 и 4. Расстояние между кольцами равно L.

Пинцетом аккуратно опускают в сосуд с глицерином  маленький шарик по оси симметрии сосуда, плотность шарика больше плотности жидкости. Диаметр шарика предварительно измеряют с помощью специального микроскопа. Расстояние между поверхностью жидкости 2 и верхним указателем 3 подбирают так, чтобы на этом участке скорость шарика стабилизировалась; при этом на участке 3-4 движение шарика будет равномерным.

Рассмотрим силы, действующие на шарик, движущийся с постоянной скоростью  в вязкой жидкости (рис.3): сила тяжести ( - объем шарика) направлена вниз, сила Архимеда и  сила Стокса направлены вверх.

Условие постоянства скорости шарика дает (в проекции на вертикальную ось).

  (4)

Подставляя в (4) выражения для сила также учитывая, что объем шара

,

где - диаметр шарика, получим выражение для коэффициента вязкости жидкости :

   (5)

Установившаяся скорость движения шарика на участке 3-4 будет равна:

    (6)

где - время движения шарика между кольцами 3 и 4. Из (5) и (6) получим формулу для определения коэффициента вязкости жидкости:

  (7)

 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ.

Внутреннее трение (вязкость) – свойство жидкостей и газов оказывать сопротивление при перемещении одной их части относительно другой. Рассмотрим схему вязкого ламинарного (слоистого) течения слоя жидкости, заключенного между двумя параллельными пластинами (рис.1).

Пусть нижняя пластина неподвижна, а верхняя движется горизонтально вправо со скоростью . Тогда в жидкости возникает движение со скоростью .

Закон вязкого трения был установлен Ньютоном. Он имеет вид:

          (1)

где - касательная сила, вызывающая сдвиг слоев жидкости друг относительно друга; - площадь слоя, по которому происходит сдвиг; - градиент скорости течения жидкости (быстрота изменения скорости от слоя к слою);  коэффициент пропорциональности - коэффициент вязкости (внутреннего трения) жидкости. В СИ размерность = Пас.

В условиях установившегося ламинарного течения при постоянной температуре Т коэффициент вязкости жидкости- практически не зависит от градиента скорости.

Вязкость жидкости ( в отличии от вязкости газов) обусловлена межмолекулярным взаимодействием, ограничивающим подвижность молекул между слоями, с одной стороны, и наличием вакантных мест, с другой. Два соприкасающихся слоя молекул жидкости, движущихся с различными скоростями, взаимодействуют между собой и изменяют скорость друг друга. С повышением температуры расстояние между слоями увеличивается, поэтому сила взаимодействия между ними уменьшается, что приводит к уменьшению вязкости жидкости. Кроме того, с увеличением температуры резко возрастает число вакансий, что так же приводит к уменьшение вязкости, поскольку слой относительно слоя перемещается не как единое целое, а благодаря постепенному переходу молекул от одной вакансии к другой. Молекулы жидкости (как и в газах) могут переходить из слоя в слой, но такой механизм вязкости в жидкостях не является определяющим.

Одним из методов экспериментального определения коэффициента вязкости жидкости является метод Стокса. При движении тела в жидкости на него действует сила сопротивления. Стокс вывел формулу, для силы сопротивления, действующей на шар, движущийся в жидкости поступательно с постоянной скоростью. Формула Стокса имеет вид:

         (2)

Здесь  - сила сопротивления; - коэффициент вязкости; - радиус шарика; - скорость поступательного движения шарика. Отметим, что формула Стокса справедлива лишь при условии, что при движении не возникает турбулентность (завихрение) жидкости. Движение прилегающих к шарику слоев должно быть ламинарным. Это условие выполняется при:

     (3)

где - число Рейнольдса – один из так называемых критериев подобия; - плотность жидкости.

                             Методика выполнения работы.

  1.  Включить стенд (вилку – в розетку, тумблер – «Сеть»).
  2.  Включить тумблеры «Контроль» и «Подсветка»
  3.  Измерить диаметр шарика с помощью микроскопа. Измерения проводить не менее трух раз; при этом шарик надо поворачивать. Если его форма значительно отличается от сферической, такой шарик следует забраковать.
  4.  Аккуратно опустить пинцетом шарик в сосуд по оси симметрии.
  5.  Секундомером измерить время прохождения шариком расстояния L между указателями 3 и 4. Следить, чтобы в моменты включения и выключения секундомера (в моменты прохождения шариком меток 3 и 4 соответственно) глаз наблюдателя располагался на уровне соответствующей метки.
  6.  Результаты всех измерений занести в таблицу 1, по формуле (7) определить коэффициент вязкости жидкости.
  7.  Пункты 3-6 повторить для 8-10 шариков, рассчитать погрешности измерений.
  8.  Выключить все тумблеры, выключить стенд.

Примечания: 1. При получении шариков у лаборанта постараться подобрать шарики одинаковых размеров не более 4 мм в диаметре.

                               Выполнение работы.

L,

м

Диаметр шарика,

дел

t,

c

,

Пас

,

Пас

1

d1

d2

d3

dср

2

3

    4

    5

    6

    7

    8

  Ср.

        

Вывод: в ходе лабораторной работы  мы научились определять  коэффициент вязкости жидкости методом Стокса

 

                   Отчёт по лабораторной работе №3

Тема: Определение  коэффициента  вязкости

                жидкости  методом  Стокса

                                                                               Выполнила студентка 1-го курса БХФ

                                                                               Группы 041205 (3)

                                                                               Ткаченко Наталья Николаевна


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

30555. Акустические каналы утечки информации 701.6 KB
  Часть III дополнительно Оценка громкости звука Уровень звука дБ Источник звука Очень тихий 0 10 Усредненный порог чувствительности уха Тихий шепот 1. Порог слышимости соответствует мощности звука 1012 Вт или звуковому давлению на барабанную перепонку уха человека 2105 Па Абсолютный порог минимальное значение воздействующего раздражителя при котором возникает ощущение. Под воздействием звука Рак = 70 дБ кирпичная стена толщиной 05 м совершает вибрационные колебания с ускорением а≈3·105g.
30556. Задачи и принципы инженерно-технической защиты информации 50.5 KB
  Задачи Инженернотехническая защита информации одна из основных составляющих комплекса мер по защите информации составляющей государственную коммерческую и личную тайну. Этот комплекс включает нормативноправовые документы организационные и технические меры направленные на обеспечение безопасности секретной и конфиденциальной информации. Инженернотехническая защита информации включает комплекс организационных и технических мер по обеспечению информационной безопасности техническими средствами и решает следующие задачи:...
30557. Способы и средства инженерной защиты и технической охраны объектов 20.37 KB
  Проникновение злоумышленника может быть скрытным с механическим разрушением инженерных конструкций и средств охраны с помощью инструмента или взрыва и в редких случаях в виде вооруженного нападения с нейтрализацией охранников. Люди и средства ИЗТОО образуют систему охраны. В общем случае структура системы охраны объектов.
30558. Теорема о среднем для действительных функций одного действительного переменного. Теорема Ферма; теорема Ролля, теорема Лагранжа. Примеры, показывающие существенность каждого условия в теореме Ролля: теоретическая интерпретация 91.81 KB
  Все вышеперечисленные теоремы являются основными теоремами дифференциального исчисления поэтому сначала введем понятие дифференцируемости функции. Понятие дифференцируемости функции. Выражение ∆x называется дифференциалом функции fx в точке x0 соответствующим приращению аргумента ∆x и обозначается символом dy или dfx0. При этом приращение функции ∆y определяется главным образом первым слагаемым т.
30559. Первообразная и неопределенный ∫. Опр. первообразной. Опр. неопределенного ∫, свойства. Опр. по Риману. Необходимое и достаточное условие интегрируемости. Ньютон-Лейбниц 23.61 KB
  Функция Fx называется первообразной для функции fx на интервале b если в любой точке х из интервала b функция Fx дифференцируема и имеет производную F’x=fx. Совокупность всех первообразных функций для данной функции fx на интервале b называется неопределенным интегралом от функции fx на этом интервале и обозначается где fxdx – подынтегральное выражение fx – подынтегральная функция x – переменная интегрирования. Операцию нахождения первообразной восстановление функции по ее производной называют интегрированием...
30560. Непрерывные функции в Rn . Дифференцируемые функции в Rn .. Необходимые и достаточные условия дифференцируемости функции в точке. Полный дифференциал функции нескольких переменных 60.52 KB
  Дифференцируемые функции в Rn . Необходимые и достаточные условия дифференцируемости функции в точке. Полный дифференциал функции нескольких переменных.
30561. Теорема о дифференцируемости сложной функции. Правила дифференцирования. Производная по направлению. Градиент 65.41 KB
  Требования доктрины информационной безопасности РФ и ее реализация в существующих системах информационной безопасности. Доктрина информационной безопасности Российской Федерации. Понятие и назначение доктрины информационной безопасности. 9 сентября 2000 года президент РФ Владимир Путин утвердил Доктрину информационной безопасности РФ.
30562. Локальный экстремум функции многих переменных. Достаточные условия экстремума 45.86 KB
  ТочкаM0x0;y0 внутренняя точка области D. Если в D присутствует такая окрестность UM0 точки M0 что для всех точек то точка M0 называется точкой локального максимума. А если же для всех точек то точка M0 называется точкой локального минимума функции zxy. поясняется геометрический смысл локального максимума: M0 точка максимума так как на поверхности z =z xy соответствующая ей точка C0 находится выше любой соседней точки C в этом локальность максимума.
30563. Условный экстремум функции многих переменных. Необходимое условие экстремума. Метод множителей Лагранжа 274 KB
  Условный экстремум функции многих переменных. Пусть требуется найти максимумы и минимумы функции f х у при условии что х и у связаны уравнением х у = 0. Подберём так чтобы для значений х и у соответствующи экстремуму функции f х у вторая скобка в равенстве 5 обратилась в нуль метод Лагранжа. Метод неопределенных множителей Лагранжа Пусть функции fx1 x2 xn и Fix1 x2 xn i = 12 k дифференцируемы в некоторой области D с Rn .