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

83048. Местное управление и самоуправление в идеологических процессах 48.44 KB
  Местное самоуправление в Республике Беларусь является существенным элементом конституционного строя республиканской Беларуси и одной из форм осуществления власти народа: это форма активного участия, организации и деятельности граждан для самостоятельного решения непосредственно или через избираемые...
83049. Биосфера как глобальная экосистема 41.99 KB
  Воздействие человека на биосферу сопровождающееся ухудшением качества воды сведением лесов или выбросом в атмосферу загрязняющих веществ может создать угрозу жизни на Земле. Первичный состав атмосферы Земли определили газообразные продукты химических реакций происходивших в первичном веществе...
83050. Семья как социальный институт 123.5 KB
  Характерные признаки семьи ее структура и функции. В свою очередь институт семьи включает множество более частных институтов а именно институт брака институт родства институт материнства и отцовства институт собственности институт социальной защиты детства и опеки и другие.
83051. Деятельность сотрудников ИУ при выявлении и на первоначальном этапе расследования убийства 81.9 KB
  Поэтому говоря о соблюдении прав осужденных следует помнить что по своему правовому статусу лица осужденные к отбыванию наказания в виде лишения свободы приговором суда частично ограничены в своих конституционных правах а оперативные работники действуя в пределах своих полномочий ограничивают...
83052. Свобода научных исследований и социальная ответственность ученого 81.81 KB
  Современные перемены и кризисы в различных областях последствия которых сказываются на жизни миллионов людей и зачастую привносят изменения поистине мирового характера создают особую зону ответственности для науки как фактора влияющего на возникновение таких ситуаций и на самих ученых.
83053. Инвестиционная деятельность предприятия 39.3 KB
  Стратегическое планирование инвестиционной деятельности предусматривает моделирование будущей успешной деятельности предприятия и базируется на прогнозировании условий адаптации к изменениям внешней среды в осуществлении инвестиционной деятельности (инвестиционного климата) и конъюнктуры...
83054. Екатерина II Великая 1.23 MB
  Контакты с европейскими просветителями были со стороны Екатерины II данью моде но и духовной потребностью. Отношения учителя с учениками строились в соответствии с взглядами Екатерины: например были строго запрещены любые наказания.
83055. Оптоволоконні лінії зв’язку 25.23 KB
  Найважливіший з компонентів ВОЛЗ - оптичне волокно. Для передачі сигналів застосовуються два види волокна: одномодове і багатомодове. Свою назву волокна отримали від способу розповсюдження випромінювання в них. Волокно складається з серцевини і оболонки з різними показниками заломлення.
83056. Цивільне право 39.71 KB
  3 появою в нашій державі відносин які базуються на приватній економічній свободі підприємництві рівності усіх форм власності виникає необхідність у більш ефективних засобах їх правового регулювання а відтак удосконаленні існуючих та запровадженні принципово нових норм цивільного права.