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

71644. Рим превращается в мировую державу 217 KB
  Римская армия имела хорошо обученных командиров. Центурию возглавлял центурион, когортой командовал военный трибун. Начальником легиона был легат. Каждая центурия, когорта и легион имели свои эмблемы. Их несли впереди воинского подразделения. Знаком легиона был серебряный орел.
71645. Валютні рахунки та міжнародні банківські кореспондентські відносини 185.5 KB
  В Україні валютні операції регулюються Декретом Кабінету Міністрів Про систему валютного регулювання і валютного контролю та низкою інших документів уряду і Національного банку які визначають: основні принципи здійснення валютних операцій; види валют і валютних цінностей...
71646. Методы эргономики 113 KB
  По способу получения данных о деятельности оператора определяют следующие эргономические методы: психологические наблюдение эксперимент анкетирование физиологические психофизиологические электрофизиологические биотелеметрия математические имитационные статистические методы.
71647. Специфика защитных мероприятий на РОО 54 KB
  Особенности радиационных загрязнение при авариях на АЭС При разрушении ядерного реактора процесс выделения ядерного топлива не прекращается и он превращается в постоянный источник ядероактивных продуктов.
71648. Защита населения и территории при авариях на химически опасных объектах 56.5 KB
  Аварии на химически опасных объектах химическое загрязнение окружающей среды контроль химической обстановки. Химическиопасные объекты: Производящие использующие хранящие химически отравляющие вещества при аварии на которых возможно поражение людей животных растительности.
71649. ІСТОРІЯ РОЗВИТКУ ГІМНАСТИКИ 174.5 KB
  Під гімнастикою стародавні греки розуміли всі вправи, які застосовувались для фізичного розвитку. Безумовно, зміст древньогрецької гімнастики відрізняється від змісту гімнастики сучасної.
71650. Социально-экономическая и политическая обстановка в стране в 1920-30-е гг. Укрепление тоталитарного режима 90 KB
  Под ними понимались политические и экономические рычаги воздействия: полновластие РКПб государственный сектор в промышленности централизованная финансовая система монополия внешней торговли Главная политическая цель - снять социальную напряженность укрепить социальную базу...
71651. Статистика себестоимости продукции. Затраты на производство 172.5 KB
  В процессе производства продукции коммерческая организация использует конкретные материальные энергетические трудовые ресурсы формирующие затраты производства в натуральном выражении Объемы затрат на производство определяются видами продукции принятыми технологиями используемыми...
71652. Статистика научно-технического прогресса 40 KB
  Этапы и направления научно-технического прогресса Основные этапы научно-технического прогресса характеризуют такие направления как: Разработка новой техники выпуск первой промышленной серии. Освоение производства и выпуска новой техники характеризующееся показателем обновления...