Лабораторная работа №7
.docДата Фамилия Группа
Лабораторная работа №7
I.Название работы:
Определение коэффициента внутреннего трения жидкостей
Цель работы:
Определение коэффициентов внутреннего трения моторного масла и глицерина методом Стокса.
II.Краткое теоретическое обоснование:
При движении вязкой жидкости между ее слоями, движущимися с различной скоростью, возникают силы трения. Эти силы направлены по касательной к поверхности слоев и получили название сил внутреннего трения. Сила внутреннего трения f тем больше, чем больше площадь S соприкасающихся поверхностей и чем больше градиент скорости dv/dx (изменение скорости на единицу длины в направлении нормальном к потоку, при переходе от слоя к слою):
|f|~S(dv/dx)
Для того, чтобы поставить знак равенства между правой и левой частью выражения, нужно ввести коэффициент пропорциональности:
|f|=ηS(dv/dx)
отсюда
η=|f|/ S(dv/dx) (3)
Величина η получила название коэффициента внутреннего трения жидкости или вязкости.
Используя выражение (3), можем определить коэффициент внутреннего трения как силу внутреннего трения, приходящуюся на единицу площади при единичном градиенте скорости.
Можно дать и иное определение коэффициента внутреннего трения. Каждая молекула жидкости участвует в упорядоченном движении слоя и в тепловом (хаотическом) движении. Переходя из слоя в слой, она переносит с собой то количество направленного движения (импульс) которое она имела в слое. Кроме того, происходит передача направленного количества движения путем ряда последовательных соударений молекул друг с другом. Таким образом, при стационарном (установившемся) движении должен существовать общий поток количества движения (поток импульса), направленный из слоя с большей скоростью в слой с меньшей скоростью.
Из опыта установлено, что количество движения dK, переносимое через поверхность S раздела слоев, движущихся с различной скорость, пропорционально площади S , градиенту скорости и времени dτ , т.е.
dK=η(dv/dx)Sdτ (4)
Из (4) коэффициент внутреннего трения можно определить как физическую величину, численно равную количеству движения, которое переносится в единицу времени через единичную площадку при градиенте скорости, равном единице. В самом деле, если в выражении (4) S=1; dτ=1; (dv/dx)=1, то dK=η.
Коэффициент внутреннего трения является одной из физических характеристик жидкости, эта величина показывает, как сильно данная жидкость отличается от идеальной.
Определим размерность величины η:
[η]=[f]/[S(dv/dx)]=((ML)/T2)/(L2(L/(TL)))=M/(LT)
III.Рабочие формулы и единицы измерения.
η=2/9r2gt((ρ1- ρ2)/l) [г/см·с]
IV.Схема установки.
V.Измерительные приборы и принадлежности.
-
Установка с двумя цилиндрическими трубками, наполненными разными жидкостями
-
Три шарика
-
Секундомер
-
Измерительная линейка
VI.Результаты измерения.
|
Порядок измерения |
t, 0C |
l, см |
t, c |
Радиус шарика |
ρ , г/см3 |
ρ 1, г/см3 |
η ηср ∆η , |
г/см•с |
||||||||
глицерин |
1 |
28 |
40 |
6,02 |
0,2 |
11,3 |
1,26 |
0,1316=0,1341± 0,0002
|
2 |
28 |
40 |
6,15 |
0,2 |
11,3 |
1,26 |
0,1345=0,1341± 0,0002
|
|
3 |
28 |
40 |
6,23 |
0,2 |
11,3 |
1,26 |
0,1362=0,1341± 0,0002
|
|
Моторное масло |
1 |
28 |
40 |
1,67 |
0,2 |
11,3 |
0,83 |
0,0380=0,0387± 0,0011
|
2 |
28 |
40 |
1,69 |
0,2 |
11,3 |
0,83 |
0,0385=0,0387± 0,0011
|
|
3 |
28 |
40 |
1,73 |
0,2 |
11,3 |
0,83 |
0,0394=0,0387± 0,0011
|
VII. Черновые записи и вычисления.
η1=2/9·(0,2)2·9,8·((11,3-1,26)/40)·6,02=0,1316 ηср= (η1+ η2+ η3)/3=0,1341 [г/см·с]
η2=2/9·(0,2)2·9,8·((11,3-1,26)/40)·6,15=0,1345 ∆ηср=0,0002
η3=2/9·(0,2)2·9,8·((11,3-1,26)/40)·6,23=0,1362
η1=2/9·(0,2)2·9,8·((11,3-0,83)/40)·1,67=0,0380 ηср= (η1+ η2+ η3)/3=0,0387 [г/см·с]
η2=2/9·(0,2)2·9,8·((11,3-0,83)/40)·1,69=0,0385 ∆ηср=0,0011
η3=2/9·(0,2)2·9,8·((11,3-0,83)/40)·1,73=0,0394
VIII. Основные выводы.
Мы определили коэффициенты внутреннего трения моторного масла и глицерина с помощью метода Стокса.