42747

Определение скорости движения тела в жидкости на примере осаждения твердой частицы в неподвижной среде под действием силы тяжести

Лабораторная работа

Физика

Скорость такого равномерного движения частицы в среде называют скоростью осаждения. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ: Лабораторная установка для определения скорости осаждения частиц состоит из стеклянного цилиндра рис. Установка снабжена микрометром для определения диаметра шариков ареометром для определения удельного веса глицерина секундомером для замера времени осаждения шариков на пути между метками на цилиндре.

Русский

2013-10-30

78 KB

18 чел.

Лабораторная работа №3

«Определение скорости осаждения»

ТЕМА: Определение скорости движения тела в жидкости на примере осаждения твердой частицы в неподвижной среде под действием силы тяжести.

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ:

Проведение ряда процессов хим.технологии связано с движением твердых тел в капельных жидкостях или газах. К таким процессам относится, например, осаждение твердых частиц из суспензий и пылей под действием силы тяжести и инерционных сил.

При движении тела в жидкости (или при обтекании неподвижного тела движущейся жидкостью) возникают сопротивления, для преодоления которых и обеспечения равномерного движения тела должна быть затрачена определенная энергия. Величина возникающего сопротивления зависит главным образом от режима движения и формы обтекаемого тела.

При ламинарном движении, наблюдающимся при небольших скоростях и малых размерах тел или при высокой вязкости среды, тело окружено пограничным слоем жидкости и плавно обтекается потоком (рис. а). Потеря энергии в таких условиях связана в основном лишь с преодолением сопротивления трения.

С развитием турбулентности потока (например, с увеличением скорости движения тела) все большую роль начинают играть силы инерции. Под действием этих сил пограничный слой отрывается от поверхности тела, что приводит к понижению давления за движущимся телом в непосредственной близости от него и к образованию беспорядочных местных завихрений в данном пространстве (рис. б). Если частица массой m начинает падать под действием силы собственного веса, то скорость ее движения первоначально возрастает со временем. Однако с увеличением скорости будет расти сопротивление движению частицы и, соответственно, уменьшается ее ускорение. В результате через короткий промежуток времени наступит динамическое равновесие: сила тяжести, под действием которой частица движется, станет равна силе сопротивления среды. Начиная с этого момента ускорение движения будет равно нулю и частица станет двигаться равномерно – с постоянной скоростью. Скорость такого равномерного движения частицы в среде называют скоростью осаждения.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ:

Лабораторная установка для определения скорости осаждения частиц состоит из стеклянного цилиндра (рис. в) с нанесенными на нем метками (ниже периода установления равномерной скорости). Цилиндр заполнен глицерином до уровня примерно 1,2 м от дна цилиндра.

Установка снабжена микрометром для определения диаметра шариков, ареометром для определения удельного веса глицерина, секундомером для замера времени осаждения шариков на пути между метками на цилиндре.

ХОД РАБОТЫ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ:

Микрометром замеряем диаметры четырех шариков. Каждый шарик осторожно опускаем на поверхность глицерина ближе к центру цилиндра. При прохождении шариком верхней метки включаем секундомер и следим за движением шарика. При достижении нижней метки выключаем секундомер и замеряем продолжительность прохождения шариком пути l = 1,0 м. Проводим три опыта с каждым шариком и по полученным значениям вычисляем среднее ср. 

Данные заносим в таблицу:

Диаметр шарика,

d, м

Путь

осаждения

h, м

Время осаждения, , сек.

1

2

3

ср

0,00084

1,0

415,0

-

-

415,0

0,002

1,0

30,0

29,4

29,0

29,5

0,003

1,0

13,4

14,8

13,2

13,8

0,00396

1,0

8,2

8,4

8,5

8,4

Ареометром замеряем удельный вес глицерина:

ср=1,240 Г/см3 =1,240*104 Н/м3

По опытному значению скорости осаждения самого маленького шарика определяем вязкость глицерина, полагая, что осаждение этого шарика подчиняется закону Стокса:

откуда  

где ч – удельный вес частицы, Н/м3

     ср– удельный вес среды, Н/м3

      d – диаметр, м.

     Wос оп – опытное значение скорости осаждения, м/сек.

       - вязкость среды, Н*сек/м2 

Закон Стокса применим лишь при ламинарном режиме осаждения, т.е.    Re < 1. Проверим выполнение этого условия:

Полученные данные заносим в таблицу:

Измеряемые величины

Размерность

Величина

Удельный вес шарика

Н/м3

7,693*104

Удельный вес глицерина

Н/м3

1,240*104

Плотность глицерина

кг/м3

1265

Вязкость глицерина

Н*сек/м2

1,05

Опытную скорость осаждения всех шариков определяем как и скорость осаждения самого маленького шарика:

Очевидно, теоретическая скорость осаждения самого маленького шарика совпадает с опытной величиной, поскольку последняя использована для определения вязкости на основании применимости закона Стокса.

Для определения теоретической скорости осаждения остальных шариков необходимо найти значение критерия Ar:

По численному значению критерия Ar по графику зависимости критерия Ar от критерия Re определяем число Re и искомую скорость осаждения:

Далее находим процент приближения опытного значения скорости осаждения к теоретически вычисленному:

Результаты вычислений вносим в таблицу:

Диаметр шарика

d, м

Опытн.скорость осаждения

м/сек

Критерий

Ar

Re

Теор.скорость осаждения

% приближение

0,00084

0,0024

-

0,0024

0,0024

100

0,002

0,034

0,59

0,3

0,125

27,2

0,003

0,072

2,0

0,6

0,166

43,4

0,00396

0,119

4,6

3,0

0,629

18,9

Вывод по работе:

В ходе работы мы определили опытным путем скорость движения тела в жидкости на примере осаждения твердой частицы в неподвижной среде под действием силы тяжести и убедились что опытная скорость совпадает с расчетной (теоретической) скоростью.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

75318. Проблема генезиса феодализма в отечественной и зарубежной историографии 46.5 KB
  Проблема генезиса феодализма в отечественной и зарубежной историографии. Проблема генезиса феодализма и связанный с нею вопрос о путях складывания феодально зависимого крестьянства представляет трудность и с источниковедческой и с теоретической точек зрения. В советской историографии становление феодализма рассматривалось в первую очередь в аспекте вскрытия сдвигов в производительных силах в отношениях собственности...
75319. Образование государства и возникновение писаного права у франков 38.5 KB
  Образование государства и возникновение писаного права у франков. В исторических памятниках имя франков появилось начиная с III в. Франки распадались на две большие ветви приморских или салических франков от латинского слова slum что значит море живших у устья Рейна и прибрежных или рипуарских франков от латинского слова rip что значит берег живших южнее по берегам Рейна и Мааса. Из вождей франков известен Меровей при котором франки сражались против Аттилы на Каталаунских полях 451 г.
75320. Рост крупного землевладения и ослабление центральной власти у франков при преемниках Хлодвига. Объединение страны майордомами Австразии 33.5 KB
  После смерти Хлодвига началось дробление королевства. намечается обособление самостоятельных политических единиц в составе Франкского королевства: Нейстрии СевероЗападной Галлии с центром в Париже; Австразии северовосточной части Франкского королевства включавшей исконные франкские области по обоим берегам Рейна и Мааса; Бургундии территории бывшего королевства бургундов. В Нейстрии которая к моменту франкского завоевания была сильно романизована галлоримляне составлявшие и после завоевания большинство населения раньше чем в...
75321. Франция в IX-XI веках 39.5 KB
  В начале этого периода в стране имелось еще много крестьян не находившихся в какойлибо зависимости от частных лиц и подчинявшихся непосредственно короне. Вместе с тем возрастало число крестьян находившихся в личнонаследственной зависимости сервов и колонов а также жителей иммунитетных территорий. В результате все жители округи будь они в личной либо поземельной зависимости от данного или какогонибудь другого феодала или нет становились его людьми в судебноадминистративном отношении. Для по земельно и лично зависимых крестьян...
75322. Англия в XI-XII вв. Завершение феодализации английского общества 47 KB
  в Англии в основном уже господствовали феодальные порядки но процесс феодализации еще не завершился. Вильгельм со своим войском на больших ладьях переплыл ЛаМанш и высадился на юге Англии в бухте Павенси. Во главе последнего выступил избранный советом мудрых новый король Англии Гарольд. Герцог Нормандский же двинулся к Лондону захватил его и стал королем Англии под именем Вильгельма I Завоевателя.
75323. Особенности социально-экономического развития Италии в конце V- сер. XI веков 51 KB
  Особенности социальноэкономического развития Италии в конце V сер. Подвластное лангобардам коренное население Италии оставалось в сфере действия римского права. империи но не принесло Италии политического единства. Карл Великий изменил территориальноадминистративное деление своих владений в Италии: вместо герцогств были образованы 20 графств отданных в управление представителям франкской знати.
75324. Основные черты феодального строя в Западной Европе к концу XI века 32 KB
  Господствует феодальная земельная собственность в вид вотчины в сочетании с мелким индивидуальным крестьянским хозяйством. Основная масса крестьян находится уже в той или иной форме зависимости. На раннем этапе развития феодализма господствовало натуральное хозяйство; обмен был незначителен торговые связи не развиты; У лично зависимых крестьян особенно в крупных поместьях преобладала отработочная рента. Широко распространяется также натуральный оброк с крестьян находившихся в более легкой зависимости.
75325. Население и внешний вид средневековых городов. Борьба городов с сеньорами 36 KB
  В Западной Европе средневековые города раньше всего появились в Италии Венеция Генуя Пиза Неаполь Амальфи и др. Крестьяне бежавшие от своих господ или уходившие в города на условиях выплаты господину оброка становясь горожанами постепенно освобождались отличной зависимости феодалу. Лишь в дальнейшем в городах появились купцы новый общественный слой сферой деятельности которого являлось уже не производство а только обмен товаров. В отличие от странствующих купцов существовавших в феодальном обществе в предшествующий период и...