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

19 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

38158. Зміст та напрями морально-психологічного забезпечення застосування військ 269.5 KB
  Про роль духовного фактора у життєдіяльності військ досить влучно підкреслював Н.Коупленд: “…моральний стан – це питання життя і смерті. Ним не можна нехтувати. Кожна добре організована армія зацікавлена у високому рівні бойової підготовки своїх військ і, коли це можливо, в забезпеченні їх кращою зброєю, щоб створити матеріальну перевагу над противником.
38159. Інформаційно-пропагандистське забезпечення ведення бойових дій 134 KB
  Досвід локальних війн і збройних конфліктів кінця ХХ – початку ХХІ століття доводить, що інформаційно-пропагандистьский вплив і надалі буде спрямовуватися на людський розум, оскільки він дає можливість впливати на слабку ланку на полі бою – мислення індивідуального солдата.
38160. Інформаційно-психологічна протидія негативному впливу на особовий склад підрозділів СВ ЗС України 145.5 KB
  ОСНОВНА ЧАСТИНА: Військовослужбовці 5ї окремої механізованої бригади в складі багатонаціональної дивізії ЦентрПівдень виконували завдання у Республіці Ірак на території провінції Васіт із серпня 2003 року до березня 2004 року. На території провінції зберігалось розподілення населення за племінною ознакою. Центральне місто провінції АльКут в якому проживало більше половини всього населення провінції. В провінції функціонував тимчасовий уряд на чолі з губернатором Нама Султаном.
38161. Система культурно-виховної та просвітницької роботи в ЗС України 130.5 KB
  В умовах реалізації Державної програми розвитку ЗС України на 2006 - 2011 роки питання культури, духовного розвитку також отримають особливу важливість. Це обумовлено необхідністю, по-перше, збагачення духовного світу військовослужбовців на основі залучення їх до духовних цінностей українського народу та його війська, кращих зразків української та мирової культури
38163. Організація та зміст інформаційно-пропагандистського забезпечення в ЗС України 146 KB
  Тема №9 Інформаційнопропагандистське забезпечення в Збройних Силах України Заняття №1: Організація та зміст інформаційнопропагандистського забезпечення в ЗС України Час: 2 години Мета заняття: формувати у курсантів риси необхідні військовому керівнику для професійної діяльності;...
38164. Методи проведення занять в системі гуманітарної підготовки 125 KB
  Тема №9 Інформаційнопропагандистське забезпечення в Збройних Силах України Заняття №3: Методи проведення занять в системі гуманітарної підготовки Час: 2 години Мета заняття: формувати у курсантів риси необхідні військовому керівнику для професійної діяльності; сприяти розвитку...
38165. Психологічний відбір військовослужбовців 118.5 KB
  Сутність і принципи психологічного відбору. Системний підхід до організації психологічного відбору. Необхідність професійного психологічного відбору обумовлена: високими вимогами до сучасного військовослужбовця; значимістю наслідків від помилок що виникають під час військової служби; необхідністю зниження матеріальних втрат внаслідок відрахування з навчальних військових частин та дострокового звільнення з військової служби осіб що не відповідають сучасним вимогам. У загальних рисах суть професійного...