Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лабораторная работа
Изучение вязкости жидкости.
Цель: определить коэффициент вязкости жидкости η методом Стокса.
Оборудование: стеклянная трубка с исследуемой жидкостью, микрометр (0,01 мм), весы технические Т – 200 (0-200 г; 0,01 г), секундомер (0,2 с), лента измерительная (0 –150 см; 0,5см).
I. Теоретическое введение.
При движении жидкости между её слоями возникают силы внутреннего трения, действующие таким образом, чтобы уравнять скорости всех слоев. Природа этих сил заключается в том, что слои, движущиеся с разными скоростями. Обмениваются молекулами, т.е. молекулы из более быстрого слоя передают некоторый импульс молекулам более медленного слоя. Вследствие такой передачи импульса более медленный слой жидкости начинает двигаться быстрее, а более быстрый слой начинает течь медленнее.
Вязкость – свойство твердых тел, жидкостей и газов сопротивляться их течению, возникающему под действием внешних сил.
Рассмотрим некоторый объем жидкости, движущейся в направлении оси ОХ. Предположим, что слои жидкости этого объёма движутся с различными скоростями. На оси OZ возьмем две точки, находящиеся на расстоянии dz. Пусть скорости потока жидкости отличаются в этих точках на величину dυ
Отношение , характеризующее изменение скорости потока в направлении оси OZ, называется градиентом скорости.
Сила внутреннего трения, которую в дальнейшем будем называть вязкостью, действующая между двумя слоями, пропорциональна площади соприкосновения слоев и градиенту скорости, т.е.
, (1)
где η – коэффициент внутреннего трения, или динамический коэффициент вязкости. Величина, обратная динамическому коэффициенту вязкости, называется текучестью.
Если в формуле (1) положить, что и ΔS = 1, то η = F, т. е. динамический
коэффициент вязкости численно равен силе внутреннего трения, возникающей на каждой единичной поверхности соприкосновения двух слоев, которые движутся один относительно другого с градиентом скорости, равным единице.
Динамический коэффициент вязкости зависит от природы жидкости. С повыше-нием температуры вязкость жидкости уменьшается.
В движущейся жидкости вязкость играет существенную роль.
Слой жидкости, непосредственно прилегающий к твердой поверхности, в результате прилипания остается неподвижным относительно неё. Скорость остальных слоев возрастает по мере удаления от твердой поверхности.
При нанесении слоя жидкости между трущимися поверхностями твердых тел значительно уменьшается коэффициент трения.
Метод Стокса по определению вязкости основан на измерении скорости медленно движущихся в жидкости небольших тел сферической формы.
На шарик, падающий в жидкости вертикально вниз, действуют три силы:
сила тяжести P = mg,
сила Архимеда F = ρжgV
и сила сопротивления жидкости, равная
Fc = 6 π η r υ.
Выразим объём V = 4/3 π r3,
и массу шарика m = ρV, m = 4/3 π ρ r
а силы выразим так:
Р = 4/3πρr3g F = 4/3πρжr3g Fc = 6πηrυ
При равномерном движении шарика или , т.е
4/3 π ρ r3g = 4/3 π ρж r3g + 6 π η r v
Вязкость жидкости будет равна :
ρ – плотность вещества шарика, ρж – плотности жидкости, υ – скорость шарика,
r - его радиус, D – диаметр шарика, r = D / 2 .
При равномерном движении . С учетом этого : (*)
II. Ход работы.
Таблица измерений.
|
№ |
D (м) |
Δ D (м) |
s (м) |
Δ s (м) |
t (с) |
Δ t (с) |
|
1 |
||||||
|
2 |
||||||
|
… |
||||||
|
Ср. |
III. Контрольные вопросы
Литература.