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

35096. Анализ хозяйственной деятельности предприятия 11.34 MB
  Переход к рыночной экономике требует от предприятий повышения эффективности производства конкурентоспособности продукции и услуг на основе внедрения достижений научнотехнического прогресса эффективных форм хозяйствования и управления производством преодоления бесхозяйственности активизации предпринимательства инициативы и т. Например чтобы понять сущность себестоимости продукции необходимо знать не только из каких элементов она состоит но и от чего зависит ее величина по каждой статье затрат. Чем...
35099. Теория организации. Система государственного и муниципального управления. Региональная экономика и управление 283.5 KB
  В организацию входят ее участники, члены, работники, поскольку организация — это не один человек, а общность людей, причем людей, не просто связанных между собой, а взаимосвязанных, где действия одного обусловлены действиями другого и вызывают их.
35100. Система государственного и муниципального управления в России 422.5 KB
  К организационнотехнологическим принципам управления относятся принципы: сочетание централизма и децентрализма; единоначалия и коллегиальности; приоритет общего над частным; единство федерального регионального и местного управления. Представительными законодательными органами и органами местного самоуправления характерны следующие признаки: выполнение общезначимых функций нормативнораспорядительное регулирование подзаконный характер деятельности использование властных полномочий. Наиболее крупными органами местного...
35101. Общая психология. Специфические особенности и классификация психических явлений 3.12 MB
  Предметом психологии как науки является психическая деятельность психика сознание человека. Она изучает общие закономерности психических процессов и своеобразие их протекания в зависимости от условий деятельности и от индивидуальнотипологических особенностей человека. Но высшей формой психики является сознание человека которое возникло в процессе общественнотрудовой практики. Иначе говоря психика это субъективное отражение объективного мира на основе которого регулируется взаимодействие человека с внешней средой.
35102. Экономика. Билеты с ответами 547.89 KB
  Билет 2: Неоклассическая модель. билет 1. Влияние увеличения госрасходов на равновесие: Влияние снижения налогов на равновесие: Билет 3: Функция потребления Кейнса. Предположение: Билет 4: Теория межвременного выбора Фишера.
35103. Политология. Шпаргалки к госекзамену. Государство и личность 710.61 KB
  Законе Российской Федерации О безопасности национальная безопасность трактуется как состояние защищенности жизненно важных интересов личности общества государства от внутренних и внешних угроз. Конституционные основы организации публичной власти в Российской Федерации. Государственную власть в РФ осуществляют Президент РФ Федеральное Собрание парламент состоит из двух палат: Совета Федерации и Государственной Думы Правительство РФ суды РФ существует единая судебная система РФ ее высшими звеньями являются Конституционный Суд РФ...
35104. Заболевания носоглотки 98.5 KB
  Врожденные аномалии наружного носа в виде полного его отсутствия расщепления кончика носа двойного носа и пр. встречаются крайне редко и не имеют такого практического значения как врожденные и приобретенные изменения в полости носа ведущие к нарушению проходимости носовой полости для вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Сужение и зарастание полости носа.