4.5 Методы определения вязкости жидкости. Метод Стокса
Существует много способов определения вязкости жидкости, наиболее распространённые: метод Пуазейля - этот метод основан на ламинарном течении жидкости в тонком капилляре, метод Стокса - этот метод определения вязкости основан на измерении скорости падения в жидкости медленно движущихся небольших тел сферической формы.
В нашей работе, мы будем использовать одним из удобных и наиболее распространенных методов определения вязкости жидкости - методом Стокса, основанным на использовании закономерностей движения сферических тел в вязкой среде. Если твердое тело опустить в смачивающую жидкость, то на его поверхности образуется тонкий прилипший слой жидкости, который удерживается силами молекулярного притяжения. Когда тело движется относительно жидкости с некоторой скоростью v, с той же скоростью перемещается вместе с ним и прилипший слой. Это явление позволяет производить измерение коэффициента внутреннего трения жидкости по методу Стокса.
На шарик, свободно падающий в жидкости, действуют сила тяжести Р, выталкивающая сила Q и сила вязкого сопротивления F:
Р
=mшg
= 4/3πr3ρшg,
Q = mжg = 4/3πr3ρжg, (11)
F = 6πηrυ,
где mш и mж- массы шарика и жидкости, ρш и ρж - их плотности; r - - радиус; υ -скорость падения шарика; g - ускорение свободного падения; η - коэффициент вязкости.
Движение шарика, падающего в вязкой жидкости, лишь в первое время будет ускоренным. С возрастанием скорости возрастает и сила вязкого сопротивления, и с некоторого момента движение можно считать равномерным, т.е. справедливо равенство
P = Q +F; F = P-Q
ИЛИ
6πηrυ = 4/3πr3g (ρш - ρж),
откуда 
(12)
Для средней части сосуда, ограниченной рисками А и В, где движение равномерное, скорость равна
υ = h/t, (13)
где h - расстояние, t - время падения шарика между рисками А и В. Поставляя значение скорости в уравнение (2), получим
(14)
Это уравнение справедливо лишь тогда, когда шарик падает в безграничной среде. Если шарик падает вдоль оси трубки радиуса R, то приходится учитывать влияние боковых стенок. Поправки в формуле Стокса для такого случая теоретически обосновал Ладенбург.
Формула для определения коэффициента вязкости с учетом поправок принимает следующий вид:
(15)
4.6 Описание установки используемой в работе
Вискозиметр для определения вязкости по методу Стокса представляет собой стеклянный цилиндрический сосуд, наполненный исследуемой жидкостью. Установка вискозиметра по вертикали производится по отвесу. Экспериментальная установка и методика измерения. Установка (рисунок 8) состоит из стеклянного цилиндра, наполненного исследуемой жидкостью. Цилиндр укреплен на подставке. На поверхности цилиндра сделаны одна над другой две горизонтальные метки на расстоянии h см друг от друга. Верхняя метка должна быть несколько ниже уровня жидкости в сосуде, чтобы до ее достижения шарик приобретал скорость установившегося движения. Для измерения коэффициента внутреннего трения употребляются маленькие шарики из свинца, стали, сплава Вуда.
Для измерения диаметра шарика используется микрометр. Диаметр измеряется в 3—5 направлениях. Измерив диаметр, шарик с помощью пинцета опускают в цилиндр, как можно ближе к центру (руками шарик не брать, так как жир с пальцев ухудшает смачивание шарика). Глаз наблюдателя должен быть при этом уже установлен против верхней метки так, чтобы ее передняя и задняя части сливались в одну прямую. В момент, когда шарик достигнет этой метки, пускают в ход секундомер. Затем глаз перемещают к нижней метке и в момент прохождения мимо нее шарика останавливают секундомер. Так как плотность и коэффициент вязкости меняются с изменением температуры, необходимо записать показания термометра в помещении.
Рисунок 8 Схема установки используемой в работе