- •Содержание Стр.
- •Введение
- •Техника безопасности Общие положения
- •Перед работой
- •Во время работы
- •После работы
- •Методические рекомендации к выполнению физического практикума
- •Содержание конспекта отчета по лабораторной работе
- •Вывод по лабораторной работе
- •Построение графиков
- •Оформление титульного листа
- •Расчет случайной ошибки
- •Лабораторная работа № 1 - 0
- •1.1. Случайные погрешности прямых измерений
- •В теории погрешностей в качестве единицы ширины доверительного интервала выбрана так называемая средняя квадратичная погрешность результата измерений:
- •1.2. Обработка результатов прямых измерений
- •1.3. Погрешность косвенных измерений
- •1.4. Обработка результатов косвенных измерений
- •1.5. Точность расчетов
- •1.6. Погрешности приборов
- •1.6. Некоторые измерительные инструменты и приборы Штангенциркуль
- •Пример:
- •Микрометр
- •Технические весы
- •При взвешивании необходимо выполнять следующие основные правила:
- •Порядок выполнения работы:
- •Контрольные вопросы:
- •Лабораторная работа № 1-1 Определение ускорения свободного падения
- •Краткая теория
- •Порядок выполнения работы, обработка результатов измерений:
- •Контрольные вопросы:
- •Краткая теория
- •Определение коэффициента вязкости жидкости по методу Стокса:
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Краткая теория
- •Описание установки, метод определения
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 1-4 Определение момента инерции тел методом крутильных колебаний
- •Краткая теория
- •Указания по технике безопасности
- •Задание 1 Определение момента инерции тел правильной геометрической формы Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 1-5 Определение влажности воздуха с помощью психрометра Августа
- •Устройство психрометра и методика работы с ним
- •Порядок выполнения работы:
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 1-6 Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом отрыва пластины
- •Краткая теория
- •Описание установки и методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы:
- •Краткая теория
- •Описание установки и методика измерений
- •Порядок выполнения работы:
- •Контрольные вопросы:
- •Лабораторная работа № 1 – 8 Изучение закона сохранения энергии на примере маятника Максвелла
- •Краткая теория
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы:
- •Приложения
Краткая теория
Вязкость жидкости – это свойство, характеризующее возникновение сил внутреннего трения при относительном скольжении слоев жидкости, движущихся с различными скоростями, причем сила направлена по касательной к поверхности соприкосновения слоев.
При движении жидкости между её слоями возникают силы внутреннего трения, действующие таким образом, чтобы уравнять скорости всех слоёв.
Рис. 1.
Движение жидкости
Природа этих сил заключается в том, что слои, движущиеся с разными скоростями, обмениваются молекулами, что приводит к перераспределению импульсов слоев жидкости. Молекулы из более быстрого слоя передают молекулам более медленного слоя часть импульса, вследствие чего медленный слой начинается двигаться быстрее, а быстрый слой тормозится.
Рассмотрим жидкость, движущуюся в направлении х (рис. 1). Пусть слои жидкости движутся с разными скоростями. На оси возьмем две точки, находящиеся на расстоянии. Скорости потока жидкости отличаются в этих точках на величину. Отношениехарактеризует изменение скорости потока в направлении перпендикулярном направлению скоростей и называетсяградиентом скорости. При ламинарном течении (т.е. без завихрений) сила внутреннего трения (или вязкости), действующая между слоями, пропорциональна площади их соприкосновения и градиенту скорости (формула Ньютона):
(15) |
Величина называетсякоэффициентом внутреннего трения или коэффициентом динамической вязкости. Величина называетсятекучестью. Если в формуле (1) принять и , то , т.е.коэффициент динамической вязкости численно равен силе внутреннего трения, возникающей на каждой единице поверхности соприкосновения двух слоев, движущихся один относительно другого с градиентом скорости, равным единице. Наряду с коэффициентом динамической вязкости , часто употребляют коэффициент кинематической вязкости, где– плотность жидкости. В системе СИ единицей физических величин измерений динамической вязкости; кинематической вязкости.
Коэффициент динамической вязкости зависит от природы жидкости и для данной жидкости с повышением температуры уменьшается. Слой жидкости, непосредственно прилегающий к твердой поверхности, в результате прилипания остается неподвижным относительно её. Скорость остальных слоев постепенно возрастает по мере удаления от твердой поверхности.
Определение коэффициента вязкости жидкости по методу Стокса:
На всякое тело, движущееся в вязкой жидкости, действует сила сопротивления. В общем случае величина этой силы зависит от многих факторов: от внутреннего трения жидкости, от формы тела, от характера обтекания и т.д. Стоксом было получено строгое решение задачи о ламинарном обтекании шарика безграничной жидкостью. В этом случае сила сопротивления определяется формулой:
, |
(2) |
где - скорость шарика,- радиус шарика,- коэффициент динамической вязкости жидкости.
Рассмотрим падение шарика в вязкой среде (рис. 1). На шарик действуют три силы:
сила тяжести (ρ – плотность материала шарика, – объем шарика);
сила Архимеда , равная весу жидкости в объеме(‑плотность жидкости);
сила сопротивления со стороны жидкости (сила Стокса) .
Рис. 2.
Движение шарика в вязкой жидкости
Равнодействующая этих сил обеспечивает шарику, согласно второму закону Ньютона, ускорение:
(3) |
Таким образом, скорость шарика υ с течением времени растет, а следовательно, растет и сила сопротивления со стороны жидкости, пропорциональная модулю скорости. Когдавозрастет настолько, что сумма силиуравновесит силу тяжести, движение шарика станет равномерным (a = 0), т.е. с постоянной скоростью = const.
Измеряя на опыте установившуюся скорость падения шарика и радиус шарика, зная значения плотностей материала шарикаи жидкости, в которой он движется, можно определить коэффициент внутреннего трения (коэффициент вязкости) жидкости по формуле:
. |
(4) |