3.2.1. Определение вязкости по способу Петрова

В основу способа Петрова положена формула Ньютона для опре­деления силы вязкого трения:

T = μ ^. S.

Определение производится с помощью специального прибора (рис. 3.2) Основу прибора составляет сосуд I, вращающийся вокруг вертикальной оси с постоянной угловой скоростьюω, и цилиндр2, подвешенный на упругой нити3. СосудIзаполняют жидкостью, вязкость которой необходимо определить. Так как жидкость вязкая – то она увлекается сосудом и начинает вра­щаться вместе с ним.

В результате вязкого трения жидкости о стенки цилиндра 2, он поворачивается и закручивает упругую нить3. При равен­стве момента силы трения и момента закрутки нити цилиндр2, повернувшись на определенный угол, останавливается. К упругой нити при­креплена стрелка, конец стрелки на шкале5показывает угол закрутки нити.

Из условия равновесия находим

Tr = kφ, (3.7)

где k– коэффициент, зависящий от упругости нити;

φ– угол закрутки.

kφ– момент закрутки нити;

Поверхность трения равна S = 2πrh.

Градиент скорости ≈ = .

Подставляя в (3.11, а), находим μ2πrh ^. r = kφ, откуда

(3.8)

3.2.2. Определение вязкости по способу Стокса

Способ Стокса основан на измерении силы лобового сопротив­ления шара, движущегося во вязкой жидкости. Определение вязкости выполняется с помощью прибора (рис. 3.3).

Основу прибора составляет стеклянная трубка I, заполненная исследуемой жидкостью. В нижней и верхней части трубки помещаются устройства для удержания шарика3. Трубка относительно штатива4может поворачи­ваться на 180°.Опыт проводят следующим образом.

Если шарик 3нахо­дится внизу, то трубку поворачивают на 180°. Нажимают на кнопку уст­ройства2. Шарик отпускается и начинает падать. В начале он движется ускоренно, а затем наступает равновесие сил и скорость его паде­ния становится постоянной. При прохождении черты5,нанесенной на трубке, секундомер запускают, а при прохождении черты6 останав­ливают.

Затем, трубку поворачивают на 180° и опыт повторяют. Обычно 10 раз.

Так, как расстояние между чертами 5и6известно, то скорость на­ходим из формулы

V =

где t – время прохождения шара от черты до черты.

Напишем условие равновесия для установившегося движения шарика:

A + T – G = 0,

где A – сила Архимеда;

T – сила вязкого трения;

G – сила тяжести шарика.

Найдем величины этих сил:

A = ρ^.g; G = ρ_шg; T = μπd² .

Так как градиент в данном случае определяется по сложной зави­симости, то Стокс предположил, что ΔV = V; Δy = k^.d, гдеk зависит от . Тогда

T = μπd².

Подставим значения сил в уравнение равновесия:

Ρg + μπd – ρ_шg = 0

Откуда

μ = (ρ_ш – ρ). (3.9)

3.2.3. Способы определения вязкости жидкости, основанные на измерении параметров течения в капиллярах

Типичным представителем приборов для измерения вязкости (вискозиметров), основанных на измерении параметров течения через капилляр, является вискозиметр ВПА-2 (рис. 3.4).

Прибор выполнен в виде U-образной стеклянной трубки, на одном из колен которой выполнен капилляр5, резервуар3и резервуар1. Сверху и снизу резервуара нанесены риски2и4. На трубку7наде­вают резиновую грушу. Для заполнения прибора исследуемой жидкостью прибор переворачивают, опускают выход резервуара1в жид­кость, а грушей засасывают жидкость до черты2.

Затем прибор быстро переворачивается, и замечают время про­хождения уровня жидкости от метки 2до метки4.

Кинематическая вязкость находят по эмпирической формуле:

ν = t,

где g – ускорение силы тяжести в месте проведения опыта;

g₀ – ускорение силы тяжести на широте Землиφ=45°;

k– постоянная данного прибора;

t – время истечения.

Опыты проводятся при температуре T = const, указанной в паспорте прибо­ра.