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

22366. Понятие сходящегося и расходящегося ряда 227.5 KB
  Понятие сходящегося и расходящегося ряда. Рассмотрим бесконечный ряд: 1 все члены ряда комплексные числа образуем ∑ первых n членов этого ряда: 2 Давая n значения 123 мы получим бесконечную последовательность комплексных чисел S1S2Snсоответствующего ряда 1 . Обратно зная последовательность чисел Sn легко написать соответствующий ей ряд: S1S2S1SnSn1 Говорят что ряд 1 сходится если соответствующая ему последовательность чисел Sn сходится в этом случае суммой ряда 1 называют предел указанной...
22367. Функции комплексной переменной 202.5 KB
  Областью на комплексной плоскости называют множество D точек обладающее следующими свойствами: Вместе с каждой точкой из D этому множеству принадлежит и достаточно малый круг с центром в этой точке свойство открытости. Простыми примерами областей могут служить окрестности точек на комплексной плоскости. Говорят что на множестве M точек плоскости z задана функция w=fz 1 если указан закон по которому каждой точке zM...
22368. Схемы включения и характеристики биполярных транзисторов 465.5 KB
  Схемы включения БТ. Эквивалентные схемы БТ. Эквивалентные схемы БТ. Схемы включения БТ и их показатели.
22369. УСИЛИТЕЛИ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ (БТ) 442 KB
  Характеристики схемы: статические и динамические. Простейшая модель работы транзистора рис. Надо помнить что для всех БТ Рис. Поэтому при проектировании схем надо стремиться к тому чтобы ее характеристики не зависели от величины β.
22370. Основные параметры каскада с ОЭ с последовательной ООС по току 663.5 KB
  Схема усилителя с общим эмиттером. Схема усилителя с общим коллектором. Схема усилителя с общей базой. Осциллограммы напряжений схемы с общим эмиттером с последовательной ООС по току Это схема каскада с последовательной ООС по току.
22371. Режимы работы усилительных устройств 626.5 KB
  Рабочую точку выбирают в середине проходной динамической характеристики каскада рис. Рис. Характеристики и сигналы в усилителе работающем в режиме А Режим используют в предварительных каскадах усиления. Рабочую точку задаем в начале проходной характеристики рис.
22372. Усилители постоянного тока (УПТ) 209.5 KB
  Благодаря этому при входных сигналах равных нулю достигается баланс моста напряжения на коллекторах обоих транзисторов равны и выходное напряжение снимаемое с диагонали Uвых = Uвых 1 Uвых 2 = 0. Uвх1 = Uвх2 = 0 Uвых = Uк1 Uк2 = 0. Ек1 Iк1 Iк2 Rк2 Rк1 Uвых 1 Uвых Uвых 2 ...
22373. Неинвертирующее и инвертирующее включение ОУ 368 KB
  На практике UСМ лежит в пределах от нескольких микровольт до десятков милливольт; максимальное выходное напряжение UВЫХ.МАКС Различают максимальное положительное напряжение UВЫХ.МАКС и максимальное отрицательное напряжение UВЫХ. Напряжения UВЫХ.
22374. Операционные усилители (ОУ) 510 KB
  Схема усилителя со следящей связью С делителя R4 R5 снимаем напряжение  Ua т. Напряжение на сопротивлению R стремится к нулю. От источника положительного напряжения через на диоде VD1 создается опорное напряжение которое вместе с напряжением обратной связи подается на неинвертирующий вход операционного усилителя. Если входное напряжение равно нулю то напряжение на входе усилителя равное разности напряжений на его зажимах равно напряжению в точке А: Даже без положительной обратной связи при таком напряжении напряжение на выходе...