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

24257. Особенности использования Интернет-технологий в PR 40.5 KB
  Особенности использования Интернеттехнологий в PR Первая сеть компьютеров возникла в США в начале 60х годов ХХ столетия. Этот событие принято называть днем рождения Интернет. Эту сеть стали называть глобальной сетью Интернет. Чтобы Интернет постоянно и надежно работала ее основу составляют специальные компьютерные комплексы провайдеры.
24258. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ УЧАЩИХСЯ ГИМНАЗИИ НА УРОКАХ АНГЛИЙСКОГО ЯЗЫКА И ВО ВНЕУРОЧНОЕ ВРЕМЯ 31.12 KB
  В Концепции модернизации казахстанского образования ставится задача по формированию «целостной системы универсальных знаний, умений, навыков, а также опыта самостоятельной деятельности и личной ответственности обучающихся, то есть ключевых компетенций, определяющих современное качество содержания образования».
24259. PR как профессия. Профессиональные коммуникации 35.5 KB
  При подготовке этих заявлений ПРспециалисты сами часто активно участвуют как в их разработке так и в оглашении политики компании. ПРотдел разрабатывает и публикует в средствах информации сведения о деятельности компании отвечает на вопросы журналистов готовит и размещает рекламные материалы о корпорации в целом институциональная реклама и ее отдельных подразделениях. ПРотдел поддерживает постоянные связи с государственными учреждениями местного и республиканского уровня; непосредственно участвует в разработке программ направленных на...
24260. Познание музыки как педагогическая проблема 46.17 KB
  То, что музыкальное искусство является искусством «интонируемого смысла» принимается на сегодняшний день всеми. Интонация - специфическая черта музыки, в то же время она связывает ее с другими видами искусства. Освоение учителями интонационных особенностей того или иного вида искусства позволило вести разговор с детьми языком самого искусства.
24262. Мы вправе знать, что носим (Названия одежды) 42.04 KB
  Определить источники заимствования слов со значением одежда, из каких языков они пришли в русский, выяснить происхождение слов, провести анкетирование школьников, составить буклет и краткий словарь иностранных и исконно русских слов.
24263. Структура имиджа 34.5 KB
  Структура имиджа Одним из важных аспектов общего восприятия и оценки организации является впечатление которое она производит то есть ее имидж образ. Имидж объективный фактор играющий существенную роль в оценке любого социального явления или процесса. Понятие имидж происходит от латинского imago связанного с латинским словом imitari означающего имитировать . Согласно толковому словарю Вебстера имидж это искусственная имитация или преподнесение внешней формы какоголибо объекта и особенно лица.
24264. Управление имиджем и репутацией организации 41.5 KB
  Одно из определений понятия репутация: совокупность мнений о достоинствах и недостатках компании. Они состоят в том чтобы помогать компании успешно продавать товары или услуги привлекать надежных партнеров обеспечивать защиту от конкурентов содействовать выведению на рынок новых товаров или услуг. Важнее становится не то что и как говорят о себе компании а что они реально делают. Существует устойчивое мнение что позиционирование компании на рынке в большей степени определяется деятельностью по созданию имиджа внешней атрибутикой...
24265. Общие особенности типов образовательных технологий (классификация В.Г.Гульчевской) 52 KB
  Однако ни одна из указанных попыток усовершенствования технологий формирующего обучения не привела к изменению характера самого процесса обучения, которое по-прежнему оставалось иллюстративно-репродуктивным. Не менялись соответственно и характерные признаки технологий технократического типа.