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

21 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

12818. Исследование однофазного двухполупериодного тиристорного выпрямителя 2.7 MB
  Лабораторная работа №10 Исследование однофазного двухполупериодного тиристорного выпрямителя 1.Цель работы Знакомство с построением и принципом действия снятие основных характеристик однофазного двухполупериодного тиристорного управляемого выпрямител...
12819. Исследование полупроводникового стабилизатора напряжения непрерывного действия 751 KB
  Лабораторная работа №11 Исследование полупроводникового стабилизатора напряжения непрерывного действия 1. Цель работы Изучение принципа действия полупроводникового компенсационного стабилизатора напряжения непрерывного действия экспериментальное исс
12820. Исследование работы феррорезонансного стабилизатора напряжения 295 KB
  Изучение и экспериментальное исследование основ феррорезо-нансной стабилизации напряжения на базе промышленного образца феррорезонансного стабилизатора, снятие его основных рабочих характеристик.
12821. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ 176.5 KB
  ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №15 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Цель работы Изучение схемы и принципа действия стабилизированного преобразователя постоянного напряжения СППН и экспериментальное определения его параметров. Литер...
12822. ТВЕРДОТЕЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИСКОВЫХ ФРЕЗ ФАСОНННОГО ПРОФИЛЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВИНТОВОЙ КАНАВКИ СВЕРЛА 1.37 MB
  ТВЕРДОТЕЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИСКОВЫХ ФРЕЗ ФАСОНННОГО ПРОФИЛЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВИНТОВОЙ КАНАВКИ СВЕРЛА Цель работы: спроектировать твердотельную модель фрезы для обработки винтовой канавки сверла. Построение исходного профиля канавки сверла. Для создани
12823. Схемы и средства измерений отклонений расположения поверхностей и осей 1.86 MB
  Лабораторная работа № 2 Схемы и средства измерений отклонений расположения поверхностей и осей Цель работы: изучить схемы и средства контроля отклонения от параллельности оси и плоскости отклонения от перпендикулярности оси и плоскости отклонения от перпендикул
12824. Измерение отклонений расположения и суммарных отклонений формы и расположения тел вращения 4.94 MB
  Лабораторная работа №4 Измерение отклонений расположения и суммарных отклонений формы и расположения тел вращения. Цель работы: Изучить методы и средства измерений отклонения от соосности отклонения от параллельности плоскостей радиального торцевого и по
12825. Выбор универсальных средств измерения (СИ) линейных размеров деталей «вал» и «фланец» 852.5 KB
  Лабораторная работа №2 дополнение Выбор универсальных средств измерения СИ линейных размеров деталей вал и фланец Цель работы: освоить директивный подход к выбору универсальных СИ. Теоретическая часть Факторы которые необходимо учитывать при выборе уни
12826. Моделювання режимів роботи логічних функцій 1.77 MB
  Настав час електроніки та електроенергетики яка відіграє досить важливу роль в житті людства та сучасному суспільстві. Саме розвиток енергетики сприяв розвитку електроніки та багатьох інших невід’ємних частин сучасного суспільства...