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

68179. Теоретико-методичні засади реалізації фізичної компоненти Державного стандарту базової середньої освіти 27.99 MB
  Загальна середня освіта протягом останніх років зазнала суттєвих змін як у напрямі законодавчого і нормативного регулювання, так і у створенні й впровадженні в освітню практику нових методичних систем і педагогічних технологій.
68180. ЗАСТОСУВАННЯ МЕТОДІВ ФІЗІОПУНКТУРИ ДЛЯ ОЦІНКИ ТА КОРЕКЦІЇ ФУНКЦІОНАЛЬНОГО СТАНУ СПОРТСМЕНІВ 322 KB
  Підвищити ефективність профілактики ризику виникнення донозологічних та патологічних станів у осіб, що знаходяться під впливом тривалих психофізичних навантажень, шляхом дослідження можливостей застосування неінвазивних методів фізіопунктури...
68181. ФОРМУВАННЯ ДОСЛІДНИЦЬКОЇ КОМПЕТЕНТНОСТІ МАЙБУТНЬОГО ВЧИТЕЛЯ ХІМІЇ В СИСТЕМІ ВИЩОЇ ОСВІТИ 322.5 KB
  Формування у випускників вищих навчальних закладів освіти вмінь та навичок дослідницької діяльності розглядаємо як одне з основних завдань підготовки майбутнього вчителя. Результати проведеного нами пілотажного дослідження показали недостатню сформованість дослідницької компетентності...
68182. ТЕОРЕТИКО-МЕТОДОЛОГІЧНІ ЗАСАДИ ЗАСТОСУВАННЯ ІННОВАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ У ПІДГОТОВЦІ ФАХІВЦІВ СОЦІОНОМІЧНИХ ПРОФЕСІЙ У ВИЩІЙ ШКОЛІ 801.5 KB
  Зважаючи на багатоаспектне теоретичне обґрунтування компетентнісного підходу та виокремлення різновидів професійних компетентностей у науці не запропоновано цілісного підходу до зясування та формування базових професійних компетентностей у майбутніх...
68183. Синтез робастної електромеханічної системи із розподіленими параметрами механічної частини об’єкту регулювання 821 KB
  Керування багатьма технічними обєктами і технологічними процесами здійснюється за допомогою подовжених конструкцій що звязують приводний двигун із робочим органом. При керуванні такими протяжними об’єктами необхідно враховувати власні механічні коливання обумовлені пружними властивостями...
68184. Фітоіндикація початкових етапів грунтогенезу на рекультивованих землях Нікопольського марганцеворудного басейну 2.04 MB
  Мета дослідити агроекологічні чинники формування родючості і морфологічних ознак техноземів сформованих із різних за літологічним складом розкривних гірських порід і гумусованого шару зонального ґрунту за тривалого сільськогосподарського використання рекультивованих земель в умовах...
68186. РОЗПОВСЮДЖЕННЯ ЗВУКОВИХ ІМПУЛЬСІВ У ХВИЛЕВОДАХ, ЗАПОВНЕНИХ ІДЕАЛЬНОЮ РІДИНОЮ 1.25 MB
  Наукова новизна отриманих результатів: показана можливість використання моделі нестаціонарної пружної хвилі у вигляді періодичної послідовності часових відрізків синусоїди за відсутністю або наявності частотної модуляції з метою дослідження процесу розповсюдження імпульсу у хвилеводі...
68187. ЛІНГВОСЕМІОТИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГІПЕРРЕАЛЬНОСТІ В АНГЛОМОВНОМУ ХУДОЖНЬОМУ ТЕКСТІ ЖАНРУ ФЕНТЕЗІ 3.44 MB
  Поставлена мета передбачає розв’язання таких завдань: визначити лінгвосеміотичну природу гіперреальності в художньому тексті жанру фентезі; розробити методику аналізу знаків гіперреальності в англомовному художньому тексті жанру фентезі; змоделювати фрейм гіперреальності в художніх...