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
Визначення коефіцієнта динамічної в’язкості рідин методом Стокса
|
Мета роботи: |
З’ясувати закони руху тіл в суцільних в’язких середовищах |
|
Прилади і матеріали: |
1) скляний циліндр висотою 70-80 см, 2) досліджувана рідина, що має велику в’язкість (гліцерин), 3) металеві кульки, 4) мікрометр, 5) секундомір, 6) масштабна лінійка, 7) термометр, 8) штангенциркуль, 9) пінцет. |
Теоретичні відомості та опис приладів.
В’язкістю називається властивість рідини або газу чинити опір при відносному переміщенні інших 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. Інакше кажучи, в таких потоках спостерігається рух одних шарів відносно інших (в напрямі, перпендикулярному до потоку, існує градієнт швидкості).
Коефіцієнт динамічної в’язкості рідин при ламінарній течії, як і коефіцієнт в’язкості газів, визначається законом Ньютона
,
де F- сила в’язкості, ΔS- площа поверхні внутрішнього шару, на яку розраховується сила внутрішнього тертя, -градієнт швидкості.
Одиниця коефіцієнта динамічної в’язкості
[]=1Нс/м2
В’язкість рідин зумовлена рухливістю окремих молекул або атомів на відміну від газів, для яких внутрішнє тертя є результатом перенесення імпульсу хаотичним рухом молекул. Щодо рідин поняття імпульсу навіть при наближеному розгляді втрачає зміст, бо він дуже змінюється в зв’язку з коливанням молекул рідини відносно рівноважних положень.
Одним з широко використовуваних методів визначення рідин є метод Стокса, який грунтується на вимірюванні швидкості рівномірного руху тіла сферичної форми (кульки)в досліджуваній рідині (рис.1). За законом Стокса сила в’язкості рідини F пропорційна коефіцієнту в’язкості , радіусу кульки r і швидкості її руху :
(1)
Рис. 1.
При падінні кульки в рідині ця сила спочатку зростає. Потім при зрівноваженні сили в’язкості, архімедової сили FA та сили тяжіння Р (Р=F+FA) рух кульки стає рівномірним. Підставивши значення цих сил, дістанемо
звідки
(2)
де і 1 – густини відповідно кульки і досліджуваної рідини. Формула Стокса (1) і відповідна робоча формула (2) справедливі для випадку: а) твердої кульки, яка рухається рівномірно, без обертання, при відсутності турбулентності (Rе<1); б) якщо рідина гідродинамічно нестислива, гомогенна і має необмежену протяжність у всіх напрямках (радіус кульки не перевищує 1/10 радіуса циліндра, в якому знаходиться досліджувана рідина). Вимірявши на досліді , з рівності (2) визначають .
Скляний циліндр заповнюють досліджуваною рідиною. При значному діаметрі циліндра нехтують впливом його стінок на рідину поблизу рухомої кульки. З поправкою на вплив стінок циліндра швидкість кульки
де R – радіус циліндра. На циліндрі роблять дві кільцеві позначки: одну на відстані 10-12 см від верхнього рівня рідини, другу на відстані 6-8 см від дна циліндра. Верхньою позначкою відмічають початок рівномірного руху кульки, нижньою – відмежовують дію дна посудини. Між позначками визначають швидкість рівномірного падіння кульки в рідині.
Дослід повторюють 3-5 разів, підготувавши для цього потрібну кількість кульок.
Густину рідини і матеріалу кульок беруть з таблиць. Радіус кульки вимірюють мікрометром.
1. Встановити циліндр з досліджуваною рідиною вертикально і розмістити його так, щоб крізь нього проходило світло. Тоді можна добре бачити кульку, що падає.
2. Виміряти мікрометром діаметри 3-5 кульок. Масштабною лінійкою виміряти відстань між позначками на циліндрі.
3. Зорієнтувати по осі циліндра кульку і опустити її в рідину. Секундоміром визначити проміжок часу, протягом якого кулька проходить відстань між позначками на циліндрі. В момент проходження кулькою позначок спостерігач для усунення похибки на паралакс повинен розміщати очі на одному горизонтальному рівні з позначкою. Дослід повторити 3-5 разів.
4. Значення густини рідини і кульки (,). Діаметр циліндра з досліджуваною рідиною виміряти штангенциркулем. Обчислити за формулою (2) .Дані віднести до фіксованої температури рідини під час досліду і результати занести до таблиці 1.
Таблиця 1.
|
№ п/п |
toC |
g, м/с2 |
g, м/с2 |
, кг/м3 |
, кг/м3 |
, кг/м3 |
, кг/м3 |
r, м |
r,м |
l, м |
l, м |
t, c |
, Па с |
, Па с |
|
1. |
||||||||||||||
|
2. |
||||||||||||||
|
3. |
||||||||||||||
|
. |
||||||||||||||
|
. |
||||||||||||||
|
Сер. зн-ня |
5. Обрахувати абсолютну, відносну та квадратичну похибки. Записати остаточний результат у вигляді
1. Що зумовлює в’язкість рідини?
2. Який фізичний зміст коефіцієнта динамічної в’язкості? В яких одиницях він вимірюється?
3. Користуючись методом розмірностей, з точністю до сталого коефіцієнта одержати закон Стокса.
4. Яка роль в’язкості рідин і газів у практиці?