December 05 2016 16:39:43
School Nogma
Навигация
 
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
 
Определение коэффициента вязкости жидкостей по методу Стокса
Термодинамика и статистическая физика

Определение коэффициента вязкости жидкостей по методу Стокса

Цель работы: экспериментальное определение коэффициента вязкости жидкостей методом Стокса.

В теоретическом введении к работе самостоятельно разобрать и законспектировать следующие вопросы:

  1. Внутреннее трение жидкости и газа. Природа силы внутреннего трения.

  2. Формула Ньютона для силы вязкости:

img101.                       (1)

  1. Ламинарное и турбулентное течение жидкости. Число Рейнольдса (Re).

  2. Движение тел в жидкости и газах. Силы трения и лобового сопротивления. Подъемная сила.

  3. Формула Стокса — сила сопротивления движению шарика в жидкостях при малых значениях Re.

F = 6rVimg102.              (2)

Описание установки

Экспериментальная установка для определения коэффициента внутреннего трения по методу Стокса, представляет собой два стеклянных цилиндрических сосуда 1 (рис. 1), наполненных жидкостями разной вязкости. На вертикальной стойке 2, расположенной между сосудами, смонтированы два подвижных указателя 3 и 4, расстояние между которыми L измеряется по линейке 5.

Для каждой жидкости проводят серию опытов. В сосуд через пробку 6 опускают поочередно пять небольших шариков, плотность которых больше плотности жидкости Диаметры шариков предварительно измеряют с помощью микрометра. Расстояние между поверхностью жидкости и верхним указателем 3 подбирают так, чтобы на этом участке скорость шарика стабилизировалась, при этом на участке L между указателями 3 и 4 движение шарика будет равномерным.

В опыте измеряют диаметр шариков микрометром, расстояние между указателями – линейкой и время движения каждого шарика на этом участке – секундомером. Температуру измеряют по комнатному термометру.

img103

Рис. 1

При движении шарика в вязкой жидкости с постоянной скоростью V0 на него будут действовать следующие силы (рис. 2): сила тяжести Fтяж = gV = F1, сила Архимеда FA = gV = F2, сила Стокса FC = 3dV0F3.

img104

Рис. 2

Так как скорость шарика V0 постоянна, то уравнение второго закона Ньютона в проекции на вертикальную ось можно записать в виде:

F1 + F2 + F3 = 0.              (3)

Подставляя в (3) выражения для сил F1, F2, F3, а также учитывая, что объем шарика:

V = (1/6)d3,                   (4)

где:    d — диаметр шарика, получаем выражение для коэффициента внутреннего трения жидкости:

gd2/V0.              (5)

Установившуюся скорость движения шарика на участке L вычисляют по формуле:

V0 = L/

где:    — время движения шарика между указателями.

Окончательно формула для подсчета коэффициента внутреннего трения принимает вид:

gd2/L.              (6)

Порядок выполнения работы

  1. Измерить диаметр шариков с помощью микрометра. Измерение каждого шарика повторить не менее трех раз, всякий раз поворачивая шарик (его форма может отличаться от сферической). Результаты измерений занести в табл. 1.

  2. Определить температуру T воздуха в лаборатории, считая ее равной температуре жидкости. Включить подсветку сосудов.

  3. Аккуратно через пробку 6 опустить шарик в сосуд.

  4. Секундомером измерить время () прохождения шариком расстояния L между указателями 3 и 4. Следить, чтобы в моменты включения и выключения секундомера глаз наблюдателя располагался на уровне соответствующего указателя. Результаты измерения времени занести в табл. 2. Рассчитать среднее значение диаметра шарика.

Таблица 1

№ п/п Измерение диаметра шарика
d1, мм d2, мм d3, мм dср, мм
1



2



3



4



5




Таблица 2   Расстояние L =  [мм]


№ шарика
1 2 3 4 5
Жидкость 1 t (с)




h (Па · с)




Жидкость 2 t (с)




h (Па · с)




Проделать подобный эксперимент для второй жидкости.

Обработка результатов измерений

  1. По формуле (6) рассчитать коэффициент внутреннего трения жидкости для каждого опыта.

  2. Определить среднее значение коэффициента внутреннего трения img105 для каждой жидкости.

  3. Рассчитать погрешность измерения коэффициента вязкости .

  4. Окончательный результат представить в виде img106

Плотность веществ

Вещество Плотность, кг/м3
Свинец 11.3 × 103
Водный раствор глицерина 1.26 × 103
Касторовое масло 0.9 × 103

Рекомендуемая литература

  1. Савельев И.В. Курс общей физики. — М.: Наука, 1982. Том 1, глава 9, §§75, 76, 78.

  2. Сивухин Д.В. Общий курс физики. — М.: Наука, 1975. Том 1, глава 12 §§96, 98, 101.

Комментарии
Нет комментариев.
Добавить комментарий
Пожалуйста, залогиньтесь для добавления комментария.
Рейтинги
Рейтинг доступен только для пользователей.

Пожалуйста, авторизуйтесьили зарегистрируйтесь для голосования.

Нет данных для оценки.

Время загрузки: 0.11 секунд 4,195,219 уникальных посетителей