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

38362. Соціально - трудові відносини на ринку праці 2.08 MB
  Навчально – методичний комплекс з дисципліни Економіка праці та соціально трудові відносини. €œСоціально трудові відносини на ринку праціâ€ для самостійної роботи студентів 3 курсу всіх форм навчання всіх спеціальностей Укл. 95 ПЕРЕДМОВА У даному навчальнометодичному комплексі розглянуто другий розділ дисципліни “Економіка праці та соціальнотрудові відносини†[Розділ 1 дивись джерело 25] присвячений питанням...
38363. Організація праці, її ефективність та оплата в умовах ринкових відносин 1.09 MB
  Ключовими проблемами дисципліни ЕП і СТВ є вартісні аспекти відображення витрат праці на створення одиниці продукції, тому, праця як суспільне явище повинна бути доцільно, ефективно та економічно організованою. Це може бути досягнуто за рахунок наукової організації праці, яка пов’язана зі створенням оптимальних організаційних умов поєднання людей і техніки в процесі праці
38364. Фінанси. Курс лекцій 2.83 MB
  Фінансова система України. Проблеми розвитку фінансової системи України та шляхи її вдосконалення. Враховуючи також ланки окремих сфер фінансової системи сучасна фінансова система України має такий вигляд Рис.
38365. Логистика и ее сущность 506.5 KB
  Параметрами материального потока являются: номенклатура ассортимент и количество продукции; габаритные характеристики объем площадь линейные размеры; весовые характеристики общая масса вес брутто вес нетто; физикохимическис свойства; характеристики тары упаковки; условия транспортировки и хранения; стоимостные характеристики и др.Характеристика микро и макрологистики Микрологистика изучает способы и методы оптимизации движения поступающих на предприятия обрабатываемых там и выходящих потоков продукции и сопутствующих...
38366. Міжнародні перевезення 35.31 KB
  Поняття міжнародних перевезень Транспорт одна з найважливіших галузей суспільного виробництва що покликана задовольняти потреби населення та інших галузей суспільного виробництва в перевезеннях. З допомогою транспортних засобів суб'єкти господарювання надають два різновиди послуг: перевезення вантажу пасажирів та їхнього багажу а також транспортування нафти природного газу електроенергії тощо. Міжнародними вважаються перевезення вантажів і пасажирів між двома чи кількома державами. На залізничному транспорті у разі відсутності угоди...
38367. Податкове право і податкове законодавство України 703.5 KB
  Ця структура включає в себе самостійні базові інститути оподаткування інститут оподаткування фізичних осіб; інститут місцевих податків і зборів; інститут податкової відповідальності тощо. Таким чином податкове право: виступає як інститут предметний тобто присвячений строго певному предмету різновиду відносин що складаються з приводу встановлення сплати й стягнення податків і зборів їх зміни й скасування; регулює суспільні відносини щодо встановлення й справляння податкових платежів їх зміни й скасування; розподіл і використання...
38368. Политология как научная дисциплина 284.5 KB
  при правлении Наполеона в Париже была открыта студия полит. Был проведён первый конгресс учённых по проблемам изучения полит. Под эгидой ЮНЕСКО проходит первый международный коллоквиум по проблемам полит. Они пришли к выводу что ПЛ как наука изучает: историю полит.
38369. Политология и ее развитие 246 KB
  Основные этапы развития политологии исторически определенные периоды становления и развития знаний о политике политической власти государстве политическом человеке и других вопросах политической жизни общества. Аквинского о божественном происхождении государства и власти моральном характере правления и другие вопросы оказали заметное влияние на политологию. Марксистсколенинская концепция политики исходила из признания экономического базиса первоосновой политической надстройки классовости политики которую определяла как область...
38370. Основи економічної теорії 212 KB
  Сутність капіталу. Просте і розширене відтворення індивідуального капіталу.Нагромадження капіталу.Форми нагромадження концентрація і централізація капіталу та виробництва.