9623

Визначення коефіцієнта в‘язкості по методу Стокса

Лабораторная работа

Физика

Визначення коефіцієнта вязкості по методу Стокса Мета роботи: вивчення явища вязкості (внутрішнього тертя) в рідинах та визначення коефіцієнта внутрішнього тертя рідини по методу Стокса. Основні поняття явища вязкості (внутрішнього...

Украинкский

2013-03-14

65.5 KB

25 чел.

Визначення коефіцієнта в‘язкості по методу Стокса

Мета роботи: вивчення явища в‘язкості (внутрішнього тертя) в рідинах та визначення коефіцієнта внутрішнього тертя рідини по методу Стокса.

Основні поняття явища в‘язкості (внутрішнього тертя) викладені в роботі М16.

В‘язкість газів пояснюється переносом кількості впорядкованого руху з одного шару газу в іншу. В‘язкість рідин визначається в основному силами взаємодії між собою (силами зчеплення молекул). В‘язкість газів з підвищенням температури збільшується, так як збільшується швидкість хаотичного руху молекул газу і, отже, перенос кількості руху. З підвищенням температури в‘язкість рідин, навпаки, зменшується та при критичній температурі стає рівною в‘язкості газу.

В методі Стокса при визначенні коефіцієнта внутрішнього тертя розглядається рух маленької кульки радіусу R, густина матеріалу якої т, у в‘язкому середовищі з густиною ж. На рухому кульку діють:

  •  сила тяжіння кульки ;
  •  сила Архімеда ;
  •  сила внутрішнього тертя рідини (сила Стокса) .

Формула Стокса отримана на основі формули Ньютона для внутрішнього тертя.

Коли сила опору стане рівною P-Q, рух кульки буде рівномірним. Отже, в цей момент виконується рівність

 ,

звідки . (1)

Поблизу поверхонь рідини, стінок та дна посудини характер руху кульки змінюється, тому при виконанні роботи слід враховувати лише ті кульки, які рухаються в середній частині посудини.

Формула Стокса справедлива лише для ламінарного режиму руху рідини, що захоплюється кулькою, т.т. при досить малих значеннях числа Рейнольдса (набагато менше одиниці). Число Рейнольдса в цьому випадку

.

Підставимо в формулу (1) значення швидкості рівномірного руху

  ,

де l – відстань між візирними нитками;

t – час падіння кульки на цій відстані,

та замінимо радіус кульки її діаметром d:

. (2)

Методика виконання роботи

Для вимірювання діаметра кульки застосовується мікроскоп МИР-12.

Помістити кульку на предметне скло мікроскопа, обертаючи окуляр мікроскопа, відфокусувати його вимірювальні нитки. Потім, обертаючи окуляр відфокусувати край кульки. Обертаючи барабан мікроскопа, навести вертикальну лінію на лівий край кульки та записати відлік. Аналогічно визначити відлік правого краю. Різниця відліків дорівнює діаметру кульки (по верхній шкалі мікроскопа відраховуються міліметри, по барабану – десяті та соті долі міліметра). Слід пам‘ятати, що якщо індекс верхньої планки стоїть проти міліметрового штриха, то число міліметрів слід визначити по барабану. Якщо поділки на барабані від 80 до 99, то відлік по міліметровій лінійці слід брати з недостачею. Якщо кулька не зовсім правильної форми, треба виміряти два взаємно перпендикулярних діаметра та узяти з них середнє.

  1.  При зануренні кульки в рідину до неї часто прилипають бульки повітря. Щоб не утворювалась така булька, кульку слід спочатку змочити в рідині, а потім опустити пінцетом під поверхню рідини. Коли шарик пройде візирну нитку АА` (див малюнок) верхнього кільця, пустити секундомір, а в момент походу візирної нитки ВВ` нижнього кільця зупинити його.
  2.  Повторити дослід з 10 кульками.
  3.  Виміряти на протилежних твірних посудини відстань між візирними нитками. Знайти середнє значення.
  4.  Густину кульки взяти з таблиць, а густину рідини виміряти ареометром (денсиметром) декілька разів та прийняти середнє значення або визначити його по табл.I Додатку 2 (для гліцерину).
  5.  Значення обчислити за формулою (2). Похибку визначити методом середнього. Результати вимірювань та обчислень звести в таблицю:

T 0C=

т=

ж=

L=

Номер досліду

Відмітки по шкалі мікроскопа

Діаметр шарика d

Час проходження t



Лівий край

Правий край

1

2

Середнє

Контрольні питання

В яких одиницях вимірюється коефіцієнт в‘язкості?

  1.  Як змінюється швидкість руху кульок зі збільшенням їх діаметра?
  2.  Що називається коефіцієнтом в‘язкості?
  3.  Що таке в‘язкість?
  4.  В якому випадку починаючи з деякого моменту часу кулька рухається рівномірно?
  5.  Формула для розрахунку коефіцієнта в‘язкості.
  6.  Які сили діють на кульку, що рухається в рідині?
  7.  Що називається градієнтом швидкості?

Література

Савельев И.В. Курс общей физики. т.І.—М.:Наука, 1968.—с.167-176.

  1.  Фриш С.Э., Тиморева А.В. Курс общей физики. т.I.—М.:Физматгиз, 1961.—с.148-157.

Додаток

Таблиця 1

t,0C

Вода (густина)

в*10-3,
кг/м
3

Вода Теплоємність

с*10-3,
Дж/кг*К

Вода Поверхневий натяг

*102,Н/м

Вода Внутрішнє тертя

*103,
Н*с/м
2

Спирт Теплота пароутворення

r*10-5,
Дж/кг

Гліцерин (густина)

r*10-3,кг/м3

0

1,0000

4,224

7,549

1,797

9,249

1,267

5

1,0000

4,209

7,457

1,518

9,256

1,266

10

0,9997

4,197

7,401

1,307

9,263

1,264

15

0,9991

4,191

7,326

1,140

9,257

1,262

20

0,9982

4,186

7,253

1,004

9,250

1,259

25

0,9971

4,183

7,178

0,895

9,241

1,257

30

0,9935

4,179

7,103

0,803

9,230

1,255

35

0,9935

4,179

7,029

0,723

9,216

1,255

Таблиця 2

Питома теплоємність с міді при різних температурах t,0C

t,0C

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

Дж

Кг*К

Таблиця 3

Температура кипіння води t при різних тисках p

1 мм рт. ст. = 133,3 Па

P, Па

0,99*105

1,00*105

1,01*105

1,02*105

1,03*105

1,04*105

1,05*105

1,06*105

T,0C

99,41

99,67

99,89

100,18

100,48

100,73

100,94

101,27


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

25642. Гистологическое строение трубчатой кости как органа 36 KB
  Компактное вещество образующее диафиз кости состоит из костных пластинок толщина которых колеблется от 4 до 1215мкм. Наружные общие генеральные пластинки не образуют полных колец вокруг диафиза кости перекрываются на поверхности следующими слоями пластинок. Внутренние общие пластинки хорошо развиты только там где компактное вещество кости непосредственно граничит с костномозговой полостью.
25643. МЫШЕЧНЫЕ ТКАНИ 27 KB
  В соответствии с морфофункциональным принципом в зависимости от структуры органелл сокращения мышечные ткани подразделяют на две подгруппы. 1 подгруппа поперечнополосатые исчерченные мышечные ткани. Исчерченные мышечные ткани сокращаются быстрее чем гладкие.
25644. Надпочечники 49.5 KB
  В корковом веществе надпочечников образуется комплекс стероидных гормонов которые регулируют обмен углеводов состав ионов во внутренней среде организма и половые функции глюкокортикоиды минералокортикоиды половые гормоны. Ацидофильные клетки становятся зачатком первичной фетальной коры будущих надпочечников. На 10й неделе внутриутробного периода первичная кора окружается снаружи мелкими базофильными клетками происходящими тоже из целомического эпителия которые дают начало дефинитивной коре надпочечников. Мозговая часть...
25645. Нейроглия 33.5 KB
  Клетки глии ЦНС делятся на макроглию глиоциты и микроглию. Эти клетки цилиндрической формы. Базальная поверхность большинства эпендимоцитов ровная но некоторые клетки имеют длинный отросток идущий глубоко в нервную ткань и почти лишены ресничек.
25646. Нейрон. НЕРВНАЯ ТКАНЬ 43 KB
  Нервные клетки нейроны нейроциты основные структурные компоненты нервной ткани выполняющие специфическую функцию. Нейроны. Нейроны нейроциты специализированные клетки нервной системы ответственные за рецепцию обработку процессинг стимулов проведение импульса и влияние на другие нейроны мышечные или секреторные клетки. Нейроны выделяют нейромедиаторы и другие вещества передающие информацию.
25647. Нервные волокна 32.5 KB
  По строению оболочек различают миелиновые и безмиелиновые нервные волокна. Безмиелиновые нервные волокна находятся преимущественно в составе вегетативной нервной системы. В нервных волокнах внутренних органов как правило в таком тяже имеется не один а несколько 1020 осевых цилиндров принадлежащих различным нейронам.
25648. Нервные окончания 45 KB
  Нервномышечное окончание состоит из концевого ветвления осевого цилиндра нервного волокна и специализированного участка мышечного волокна. Их базальная мембрана продолжается в базальную мембрану мышечного волокна. Соединительнотканные элементы при этом переходят в наружный слой оболочки мышечного волокна.
25649. Ультраструктура нефрона 46.5 KB
  Их эндотелиальные клетки имеют многочисленные поры возможно кроме того и фенестры диаметром до 01мкм. Эндотелиальные клетки капилляров располагаются на внутренней поверхности гломерулярной базальной мембраны. Путем пиноцитоза клетки поглощают из первичной мочи белки которые расщепляются в цитоплазме под влиянием лизосомальных ферментов до аминокислот транспортируемых в кровь перитубулярных капилляров. В своей базальной части клетки имеют исчерченность базальный лабиринт образованный внутренними складками цитолеммы и расположенными...