42510

Определение коэффициента вязкости жидкости

Лабораторная работа

Физика

При движении плоских слоев сила трения между ними согласно закону Ньютона где  коэффициент пропорциональности называемый коэффициентом вязкости или динамической вязкостью; S площадь соприкосновения слоев. Соседние слои движутся с меньшими скоростями и следовательно между слоями жидкости возникает сила внутреннего трения. Стокс показал что эта сила при малых значениях скорости пропорциональна скорости движения шарика  и его радиусу r: 1 где...

Русский

2013-10-30

101 KB

20 чел.

абораторный экземпляр                     Лабораторная работа № 13                             01.09.2012

Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)

Кафедра общей и технической физики.

МЕХАНИКА

ЛАБОРАТОРНАЯ  РАБОТА  № 13

определение коэффициента вязкости жидкости

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2012 г.

Цель работы - определить коэффициент вязкости жидкости методом Стокса.

Общие сведения

Вязкость (внутреннее трение) есть свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одного слоя вещества относительно другого.

Пусть какой-либо слой жидкости или газа течет со скоростью (. рис.1), а слой, отстоящий от него на расстоянии у, со скоростью +. Скорость при переходе от слоя к слою изменяется на величину . Отношение /у характеризует быстроту изменения скорости и называется градиентом скорости.

При движении плоских слоев сила трения между ними согласно закону Ньютона

,

где - коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом вязкости или динамической вязкостью; S - площадь соприкосновения слоев.

Таким образом, коэффициент вязкости численно равен тангенциальной силе,  приходящейся  на  единицу  площади  соприкосновения  слоев,  необходимой  для  поддержания  разности  скоростей,   равной  единице,   между  двумя  параллельными  слоями  вещества, расстояние  между которыми равно единице. В СИ единица вязкости -  паскаль·секунда.

Пусть в заполненном жидкостью сосуде движется шарик, размеры которого  значительно меньше размеров сосуда.  Слой жидкости,  прилегающий  к шарику,  движется  со скоростью шарика.  Соседние слои  движутся  с  меньшими  скоростями  и,   следовательно,  между  слоями жидкости возникает сила внутреннего трения.  Стокс  показал,  что  эта сила при малых значениях скорости   пропорциональна   скорости движения шарика    и  его  радиусу r:

,                                        (1)

где - коэффициент вязкости.

На шарик действуют три силы: сила тяжести Р ( рис.2), направленная вниз; сила внутреннего трения  и выталкивающая сила Fв, направленные вверх. Шарик сначала падает ускоренно, но затем очень быстро наступает равновесие, т.е.

,                                        (2)

так как с увеличением скорости растет и сила трения. Движение становится равномерным.

Сила тяжести

,

где m - масса шарика; g - ускорение свободного падения.

Так как m = V (где - плотность материала шарика; V - его объем), то

.                                   (3)

Выталкивающая сила по закону Архимеда

,                                (4)

где  - плотность жидкости.

Таким образом, формулу (2) с учетом выражений (1), (3) и (4)  можно записать в виде

,

откуда

.                                      (5)

Формула Стокса справедлива для случая, когда шарик падает в среде, простирающейся безгранично по всем направлениям. Достичь этого в лаборатории практически невозможно, поэтому приходится учитывать размеры сосуда, в котором падает шарик.

Если шарик падает вдоль оси цилиндрического сосуда радиусом R, то формула (5) будет иметь вид

.                                  (6)

В нашей установке r<<R, поэтому в качестве расчётной можно пользоваться формулой (5).

Порядок выполнения работы

Установка для проведения эксперимента представляет собой большой цилиндрический сосуд с исследуемой жидкостью. Вдоль образующей цилиндра через каждые 10 см нанесены горизонтальные штрихи. В жидкость опущены термометр для измерения температуры жидкости и ареометр для измерения ее плотности.

Последовательность проведения измерений следующая:

1) измерить при помощи микроскопа диаметр шарика d;

2) через отверстие в крышке прибора опустить шарик в жидкость;

3) измерить секундомером время t прохождения шариком участка пути, на котором скорость падения шарика постоянна;

4) повторить пп.1-3 с другими шариками;

5) определить температуру жидкости T, при которой производились измерения.

Результаты измерений оформить в виде таблицы:

Таблица 1

Физ. величина

Т

ж

d

r

t

l



               Ед. измерения

Номер опыта

1

2

n

Подставив измеренные и известные величины в формулу (5), вычислить коэффициент вязкости i для каждого шарика.

Вывести формулу погрешности косвенных измерений коэффициента вязкости и рассчитать её.

Контрольные вопросы

1. Каков физический смысл коэффициента вязкости и его размерность?

2. В чем состоит сущность закона Стокса?

3. Какие силы действуют на шарик при его движении в жидкости? Как эти силы зависят от времени?

4. Как изменяются  скорость и ускорение движения шарика в зависимости от времени?

5. Чем  обусловлено  введение  поправки  2,1 r/R  в уравнение (6)?

6. Какие факторы влияют на скорость шарика?

Рис.2

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

Рис.1

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

49432. Расчет трехсекционного микрополоскового p-i-n диодного модулятора 133 KB
  Построим частотные характеристики модулятора при закрытых и открытых диодах для варианта двух и трех диодов взяв расстояние между диодами из пункта 1 и 2 соответственно. Для закрытых диодов проводимость равна Частотная характеристика потерь будет равна: где Гвх коэффициент отражения на входе: для двух диодов будет равен для трех диодов будет равен Графики частотных характеристик для варианта двух и трех закрытых диодов Для открытых диодов проводимость равна Найдем характеристику потерь для двух диодов Найдем характеристику потерь для трех...
49433. Выбор и обоснование технологической схемы очистных работ 38.67 KB
  Сравним технические характеристики комбайна с условиями данной лавы комбайны удовлетворяющие условиям данной лавы: МК67М типоразмер 1 2 3 4 работающий со става конвейера СП48М СП202; 1К101У типоразмер 1 и 2 работающий со става конвейера СП87ПМ СП202; Выбираем комбайн 1К101У типоразмер 1 работающий со става конвейера СП87ПМ имеющие технические характеристики: Наименование показателя 1К101У 1 типоразмер Применение в лаве со стоечной крепью Применяется Вынимаемая мощность пласта м минимальная максимальная 071 118 Угол...
49434. Устройство монитора с ЭЛТ 954 KB
  От качества и безопасности монитора напрямую зависит здоровье прежде всего зрение. Правильная регулировка монитора поможет не только сохранить здоровье но и продлить срок службы монитора. Периодическое тестирование монитора позволит найти дефекты а также позволит при покупки монитора выявить брак. Первое свое применение жидкие кристаллы нашли в дисплеях для калькуляторов и в кварцевых часах а затем их стали использовать в мониторах для портативных компьютеров.
49435. Одноэтажное промышленное здание из сборных железобетонных конструкций 3.47 MB
  При компоновки пространственного каркаса здания с учетом рекомендаций главы XIII "Конструкции одноэтажных промышленных зданий" принимаем: -деформационных и температурных швов не требуется, так как размеры здания, согласно таблице X.1 , меньше температурно-деформационных блоков для нашего типа здания ( м); -колонны торцов здания смещены с поперечной оси здания на 500 мм
49437. Автоклавная установка для изделий на основе ИКВ 143.64 KB
  Классификация автоклавов Выбор типа и состава автоклава Технические характеристики автоклавов Процессы происходящие при автоклавной обработке Устройство автоклава Цикл работы автоклава Требования к охране труда при эксплуатации автоклавов Автоклавные установки для производства ячеистых материалов Расчетный раздел Расчетная аэродинамическая схема Расчет теплоизоляции материальный баланс процесса автоклавной обработки ячеистобетонных изделий Тепловой баланс Техникоэкономическое обосновние Введение Последние...
49438. Проектирование оптической линии связи Новосибирск - Омск 836 KB
  Определение типа кода передачи. Выбор системы передачи. Волоконно-оптическая линия связи ВОЛС это вид системы передачи при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам известным под названием оптическое волокно. Технологии волоконно-оптических сетей помимо вопросов волоконной оптики охватывают также вопросы касающиеся электронного передающего оборудования его стандартизации протоколов передачи вопросы топологии сети и общие вопросы построения сетей.