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

55 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

60597. Освітньо-кваліфікаційна характеристика випускника професійно-технічного навчального закладу 284 KB
  Повинен уміти: виконувати операції з базами даних на комп’ютерному устаткуванні введення опрацювання накопичення систематизація та виведення інформації відповідно до затверджених процедур та інструкцій з використанням периферійного обладнання систем передавання приймання даних; готувати до роботи устаткування: магнітні диски стрічки картки папір; працювати в текстовому редакторі з введенням тексту та його редагуванням; оперувати з файлами записувати текст на дискету або переносити на папір за допомогою друкувальних пристроїв;...