Движение / КП 1 / Физика для 1 и 2 курса / Лаб.раб_физика / Лаб.раб_11

Мурманский филиал ПГУПС

Лабораторная работа по физике № 11

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ ПО МЕТОДУ СТОКСА.

Мурманск

2009

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ ПО МЕТОДУ СТОКСА.

Цель работы: определить вязкость жидкости по методу Стокса.

Оборудование:

1)стеклянный цилиндр (с глицерином);

2)секундомер;

3)набор шариков;

4)линейка.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.

Коэффициент внутреннего трения жидкости (вязкости) можно определить по формуле Стокса, измеряя скорость падения шарика в этой жидкости, на него действуют три силы:

1)сила тяготения: mg = ρ gV (V – объем шарика, ρ – плотность шарика);

2)выталкивающая сила Архимеда: f = ρ1gV (ρ1 – плотность жидкости);

3)сила сопротивления движению: F = 6πηVr (r – радиус шарика). По основному уравнению динамики:

mg − f − F = ma или ρ gV − ρ gV − 6πηVr = ρV	dV	.
1	dt

Вначале скорость движения шарика возрастает dV > 0, но так как по dt

мере увеличения скорости сила сопротивления также возрастает, наступает такой момент, когда сила тяготения уравновешивается суммой сил Архимеда и Стокса; равнодействующая всех сил становится равной нулю:

ρgV − ρ1gV − 6πηVr = 0.

С этого момента движения шарика становится практически равномерным со скоростью V = V0 . Решая это уравнение движения относительно η, получим

для коэффициента внутреннего трения выражение:

2		(ρ− ρ )g r2				4
η=		1		,	V =		πr3 .
		9V0				3
Скорость шарика V0		можно	определить,				зная расстояние ℓ между
							ℓ

метками на сосуде и время t, за которое шарик проходит это расстояние V = .

0 t

Учитывая, что на опыте измеряют диаметр шарика, а не его радиус, получаем расчетную формулу:

η= (ρ− ρ1 )gd2t . 18ℓ

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ.

На цилиндре укреплено подвижное кольцо, которое устанавливается на расстоянии 6–8см от поверхности жидкости так, что шарик, приближаясь к этому кольцу, имеет установившуюся постоянную скорость движения V0 и неподвижное кольцо, укрепленное внизу цилиндра.

1)Опустить шарик в цилиндр. Когда шарик окажется на уровне подвижного кольца, пустить в ход секундомер, а в момент, когда шарик достигнет уровня нижнего кольца, секундомер остановить (время t засекать, разумеется, в момент прохождения шариком верхнего края соответствующего кольца).

2)С помощью линейки определить расстояние ℓ между метками.

3)Опыт повторить 5 раз

4)Определить вязкость жидкости из каждого опыта и его среднее значение.

5)Результаты измерений и вычислений занести в таблицу

№ п/п	ℓ, м	t, c	η, Па·с	η, Па·с
1					ρ=
2
3					ρ1 =
4					d =
5
		Среднее

6)Определить погрешности результатов измерения.

7)Сравнить полученный результат с табличным значением.

Плотность глицерина – 1,26 103 кг ,

м3

Плотность стали – 7,88 103 кг ,

м3

Диаметр шарика – 4,9 мм.

Контрольные вопросы к лабораторной работе «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ ПО МЕТОДУ СТОКСА»

1.Движение тела в жидкости.

2.Формула Стокса ( F = 6πηVr ). Почему формула Стокса справедлива при

медленном равномерном движении шарика малого диаметра в безграничной среде? Что означает понятие «безграничная среда»?

3.Какие течения называются ламинарными и турбулентными?

4.Для какого движения справедлива формула силы сопротивления (по Ньютону)?