Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Laboratornye / Механика_PDF / Лабораторна робота 10

.pdf
Скачиваний:
23
Добавлен:
01.03.2016
Размер:
389.8 Кб
Скачать

Лабораторна робота № 10

ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА В'ЯЗКОСТІ РІДИН

МЕТОДОМ СТОКСА

Мета роботи. 1. Експериментально визначити коефіцієнт внутрішнього тертя на основі законів руху тіл у в'язких рідинах.

2. Закріпити навички користування електронним секундоміром, мікрометром та ареометром.

10.1. Теорія методу та опис приладів

В'язкістю називається властивість рідини або газу чинити опір при відносному переміщенні їхніх шарів. У потоках реальних рідин поблизу змочуваних твердих тіл різні шари рідини мають неоднакову швидкість. Швидкість шару, який безпосередньо торкається твердого тіла, дорівнює нулю; в міру віддалення від поверхні твердого тіла швидкість шарів рідини збільшується. В таких потоках спостерігається відносний рух одних шарів рідини відносно інших (у напрямі, перпендикулярному до потоку, існує градієнт швидкості).

В'язкість рідин зумовлена рухливістю окремих молекул або атомів. У даній роботі коефіцієнт в'язкості рідини визначають методом Стокса, який ґрунтується на вимірюванні швидкості рівномірного руху тіла сферичної форми (кульки) в досліджуваній рідині (рис. 10.1). Стокс встановив, що при малих швидкостях руху у в'язкому середовищі сила тертя пропорційна першому степеню швидкості.

При русі (падінні) кульки масою m і радіусом r у в'язкому

 

 

 

середовищі вниз, на неї діють три сили: сила тяжіння P ,

Рис. 10.1.

направлена вниз; сила тертя Fтр — напрямлена проти руху; виштовхульна сила FА

— сила Архімеда — напрямлена вертикально вгору. На початку руху сила тертя Fтр зростає. Потім при зрівноваженні всіх сил рух кульки стає рівномірним. У випадку

рівномірного руху рівнодійна сил дорівнює нулю:

 

 

 

 

 

P Fтр

FA 0 .

(10.1)

У скалярній формі рівняння (10.1) запишеться:

 

P Fтр FA .

(10.2)

Тут:

P mg 34 r3 к g ; FA 34 r3 p g ,

де ρк — густина матеріалу кульки; ρр — густина рідини.

За законом Стокса сила тертя р Fтр (сила в'язкості рідини) пропорційна

коефіцієнту в'язкості рідини η, радіусу кульки r, і швидкості її руху v:

Fтр 6 rv .

Підставляючи значення Р, FА, Fтр у рівняння (10.2), одержимо:

 

 

3

r 3 к g

 

3

r 3 p g 6 rv .

(10.3)

4

4

 

 

 

 

 

 

 

Звідки:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

( к

р )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gr 2

(10.4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

 

 

 

v

 

 

 

 

 

 

 

 

Формула Стокса (10.3) і відповідна робоча формула( 10.4) справедлива, якщо рідина гідродинамічна, нестислива, гомогенна; радіус кульки не перевищує 1/10 радіуса циліндричної посудини з рідиною; кулька тверда і при рівномірному русі не обертається — відсутня турбулентність.

Вимірявши під час досліду швидкість рівномірного падіння кульки в рідині, з рівності 10.4 визначають коефіцієнт в'язкості рідини.

Література

1.Савельев И.В. Курс общей физики. Т.І. — М.: Наука, 1981.

2. Гершензон Е.М., Малов Н.М. Курс общей физики. Механика. — М: Просвещение, 1987. — С. 237 - 244.

3.Архангельский М.М. Курс общей физики. Механика. — М.: Просвещение,

1975. — С. 251 - 253, 286 - 292.

4.Фізичний практикум / Під ред. В.П. Дущенка. — К: Вища школа, 1981. —

Ч.І. —С. 126 - 128.

10.2. Практичне виконання роботи Прилади, обладнання

1.

Скляний циліндр висотою 1 м з досліджуваною рідиною. . . . . . . . . . . . . . . . .

1

шт.

2.

Металеві кульки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

компл.

3.

Мікрометр . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

шт.

4.

Секундомір . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

шт.

5.

Масштабна лінійка. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

шт.

6.

Ареометр . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

шт.

Завдання для виконання роботи

Визначити коефіцієнт в'язкості досліджуваної рідини та обчислити похибки вимірювань.

Вимірювання та обробка результатів

1.Виміряти мікрометром діаметри кульок для проведення дослідів, масштабною лінійкою виміряти віддаль між позначками на циліндричній посудині з досліджуваною рідиною.

2.Зорієнтувати по осі циліндра кульку і опустити її в рідину. Визначити

проміжок часу t, протягом якого кулька проходить віддаль між позначками на циліндрі. Для більш точного визначення часу спостерігач повинен розміщувати очі на одному горизонтальному рівні з позначкою. Дослід повторити не менше 3-х разів.

3.Визначити швидкість падіння кульки за формулою: v St .

4.Виміряти густину досліджуваної рідини за допомогою ареометра, густину кульки взяти з таблиць.

5.Обчислити коефіцієнт в'язкості за формулою (10.4).

6.Вивести формулу для обчислення абсолютної та відносної похибок вимірювання й визначити похибки. Дані вимірювань та обчислень записати в таблицю, складену самостійно. Зробити висновки.

10.3. Тестові завдання та контрольні запитання для визначення ступеня готовності до виконання роботи та її захисту

1.Що зумовлює в'язкість рідин?

2.Що називається коефіцієнтом в'язкості? Який його фізичний зміст?

3.Якими одиницями вимірюють коефіцієнт в'язкості?

4.Від чого залежить коефіцієнт в'язкості?

5.Як пояснити рівномірний рух кульки у в'язкій рідині?

6.В чому суть закону Стокса?

7.Яка роль в'язкості рідин і газів у практиці?