3. Описание аппаратуры и метода измерений

Рис. 2

Принадлежности: стеклянный цилиндрический сосуд, акриловые шарики, секундомер, линейка, микроскоп. Для определения коэффициента внутреннего трения по методу Стокса в данной лабораторной работе используется прибор, представляющий собой стеклянный сосуд (рис.3.), наполненный исследуемой жидкостью. Сосуд имеет две горизонтальные метки А и В, расположенные на расстоянии l друг от друга. Исследуемой жидкостью является дистиллированная вода, а движущимся телом — маленький шарик акрила. На движущийся шарик в жидкости действует сипа внутреннего трения f, тормозящая его движение (рис. 3.). Эта сила по закону Стокса будет равна

,

где r — радиус шарика, — его скорость. Если шарик свободно падает в вязкой жидкости, то на него будут действовать сила тяжести Р = mg = Vg и выталкивающая сила P₁ = ₁Vg, равная весу жидкости в объеме шарика (V— объем шарика,  — плотность шарика, ₁ — плотность жидкости).

Рис. 3

На, основании второго закона Ньютона имеем:

.

Решением полученного уравнения является:

, (4)

в чем можно убедиться непосредственной подстановкой. Поскольку с течением времени величина очень быстро убывает, то скорость шарика вначале возрастает, но через малый промежуток времени становится величиной постоянной, равной:

. (5)

Здесь V = 4/3 r³ — объем шарика. Скорость шарика можно определить, зная расстояние l между метками на сосуде и время t, за которое шарик проходит это расстояние; ₀ = l/t. Тогда из выражения (5) следует, что коэффициент динамической вязкости равен:

.

Для нахождения  измеряют r, l, t. Диаметр шарика определяется с помощью сдвоенного микроскопа, время прохождения шариком расстояния l между метками A и B, где шарик движется равномерно, определяется с помощью секундомера.

4. Порядок выполнения работы

1. Определить цену деления окулярной шкалы микроскопа. Положите объективный микрометр на столик микроскопа и фокусируйте микроскоп на шкалу микрометра. Сосчитав, какому числу деления микрометра соответствует определенное число деления окулярной шкалы микроскопа, найдите цену деления (цена деления шкалы используемого в работе объективного микрометра равна 0,01 мм).

2. Измерьте диаметр шарика d с помощью микроскопа. Для этого: переместите шарик на предметное стекло микроскопа, сфокусируйте микроскоп на предметное стекло, опуская и поднимая объектив до появления резкого изображения шарика; измерьте диаметр шарика в делениях окулярной шкалы.

3. Перенесите шарик с предметного столика микроскопа в цилиндр с исследуемой жидкостью и погрузите его в глицерин по оси цилиндра.

4. В момент прохождения шариком метки А (верхняя метка) включите секундомер.

5. Выключите секундомер в момент прохождения шариком метки Б (нижняя метка). Определить время t движения шарика между метками А и Б.

6. Измерения повторите 3 раза с разными шариками.

7. По формуле вычислить коэффициент динамической вязкости глицерина.

8. По формуле определить число Рейнольдса.

9. Данные о плотности шарика и исследуемой жидкости, диаметра цилиндра прилагаются к работе.

10. По методу Стьюдента оценить погрешности коэффициента вязкости глицерина.

11. Определить основные источники погрешности при определении коэффициента вязкости глицерина.

12. Результаты измерений занесите в таблицу.

Цена делен. шкалы микр	Плотн-ть стали кг/м3	Плотн-ть глицерина кг/м3	Радиус цилиндра м	Радиус шарика м	Время движения шарика, c	Расстояние между метками,м	Коэфф. вязкости Пас	Число Рейнольдса
	7,8103	1,26103	18,510-3			0,43