Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу
В.В. Омельяненнко, В.І. Пустогов, З.В. Петрук, А.Г. Калугін
Молекулярна фізика
Лабораторний практикум
2005
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ
Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу
КАФЕДРА ФІЗИКИ
В.В. Омельяненнко, В.І. Пустогов, З.В. Петрук, А.Г. Калугін
Молекулярна фізика
Лабораторний практикум
м.Івано-Франківськ
2005
МВ 02070855-1649-2005.
Омельяненко В.В., Пустогов В.І.,Петрук З.В., Калугін А.Г.. „Молекулярна фізика”. Лабораторний практикум, - Івано-Франківськ, Факел, - 2005.-33.
Даний лабораторний практикум написаний згідно з програмою курсу фізики для студентів всіх спеціальностей і містить методичні вказівки по виконанню лабораторних робіт з розділу „Молекулярна фізика”.
До кожної роботи додається виклад теорії та вказана методика і послідовність виконання роботи. Значна увага приділяється практичному застосуванню відповідних фізичних явищ. Методичний посібник може бути використаний студентами всіх спеціальностей.
Рецензент: к-т фіз. мат. наук, доцент кафедри фізики новітніх технологій ІФНТУНГ Р.М. Лучицький
Завідувач кафедрою фізики
професор Б.О. Чернов
Заступник директора
НТБ по комп’ютеризації В.В.Бабійнчук
Член експертно-рецензійної
комісії університету П.Д. Романко
Нормоконтролер О.Г. Гургула
Коректор Н.Ф.Будуйкевич
Дане видання – власність ІФНТУНГ.
Забороняється тиражування та розповсюдження.
МВ 02070855-1649-2005.
Омельяненко В.В., Пустогов В.І.,Петрук З.В., Калугін А.Г.. „Молекулярна фізика” Лабораторний практикум, - Івано-Франківськ, Факел,.-2005.-33.
Даний лабораторний практикум написаний згідно з програмою курсу фізики для студентів всіх спеціальностей і містить методичні вказівки по виконанню лабораторних робіт з розділу „Молекулярна фізика”.
До кожної роботи додається виклад теорії та вказана методика і послідовність виконання роботи. Значна увага приділяється практичному застосуванню відповідних фізичних явищ. Методичний посібник може бути використаний студентами всіх спеціальностей.
Рецензент: к-т фіз. мат. наук, доцент кафедри фізики новітніх технологій ІФНТУНГ Р.М. Лучицький
Дане видання – власність ІФНТУНГ.
Забороняється тиражування та розповсюдження.
ЗМІСТ
Ст.
1 Лабораторна робота №20 4
”Визначення коефіцієнта внутрішнього тертя
в рідинах методом Стокса„
2 Лабораторна робота № 21 6
”Визначення динамічної в’язкості рідини капілярним віскозиметром„
3 Лабораторна робота № 22 10
”Визначення коефіцієнта внутрішнього тертя
і середньої довжини вільного пробігу молекул повітря„
4 Лабораторна робота № 23 14
”Визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідини методом відриву краплі„
5 Лабораторна робота № 24 18
”Визначення
відношення
повітря
методом Клемана - Дезорма„
6 Лабораторна робота № 25 23
”Визначення показника адіабати повітря за допомогою стоячих хвиль„
7 Лабораторна робота № 26 27
”Вивчення кристалізації твердого тіла методом зняття кривої охолодження„
8 Література 32
9 Додаток А 33
Лабораторна робота № 20 визначення коефіцієнта внутрішнього тертя в рідинах методом стокса
МЕТА РОБОТИ: визначити коефіцієнт внутрішнього тертя касторового або іншого масла. Порівняти одержане значення з табличним і зробити відповідні висновки.
ОБЛАДНАННЯ: скляний циліндр з маслом, мікрометр, секундомір, кульки, масштабна лінійка.
ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ
Внутрішнє тертя (одне з явищ переносу) зв’язане з виникненням сил взаємодії між шарами рідини чи газу, що рухаються паралельно один одному з різними, за модулем, швидкостями.
Зі сторони шару, що рухається скоріше, на шар, що рухається повільніше, діє прискорююча сила, і навпаки, шар, що рухається з меншою швидкістю, гальмує шар, що рухається з більшою швидкістю. Сили тертя, що виникають при цьому, напрямлені по дотичній до поверхні дотику шарів.
Згідно із законом Ньютона сила внутрішнього тертя
, (20.1)
де
сила тертя;
коефіцієнт
динамічної в’язкості;
градієнт швидкості;
площа дотику шарів.
Коефіцієнт динамічної в’язкості, як видно з формули (20.1), чисельно рівний силі внутрішнього тертя, що діє на одиницю площі дотику шарів при одиничному градієнті швидкості. Вимірюється коефіцієнт в’язкості рідин у Па·с.
Одним з експериментальних методів визначення коефіцієнта в’язкості є метод Стокса (метод падаючої кульки).
Якщо кулька, що змочується рідиною, падає в рідині і не залишає за собою ніяких завихрень (стала швидкість падіння, незначний радіус кульки), то, як показав Стокс, сила опору рівна:
, (20.2)
де
коефіцієнт внутрішнього тертя рідини;
- швидкість кульки;
радіус кульки.
Між
шаром рідини, що прилип до кульки, і
сусіднім виникає сила тертя, яка заставляє
його зміщуватись в напрямку руху.
Швидкість наступних шарів буде тим
меншою, чим дальше вони знаходяться від
кульки. Якщо радіус
кульки
набагато менший за радіус посудини R,
то поблизу стінок посудини швидкість
руху шарів буде рівна нулю.
Н
а
кульку, що падає в рідині (рис. 20.1), діють
три сили:
сила тертя;
виштовхувальна сила „Архімеда”,
сила тяжіння. Якщо кулька рухається
рівномірно то
(.20.3)
Рівняння (20.3) в проекціях на вертикальний напрям запишеться так:
(20.4)
Враховуючи,
що
:
;
об’єм кульки
рівняння (20.4) набере вигляду:
Тоді:
, (20.5)
густина
речовини кульки,
густина рідини,
-
швидкість кульки рівна
,
d –
діаметр кульки.
Робоча формула набирає вигляду:
. (20.6)
Порядок виконання роботи
З допомогою мікрометра визначити діаметри кульок.
Почергово опускати кульки в досліджувану рідину і визначати швидкість їх проходження між мітками 1 і 2. Відстань l між мітками 1 і 2 вимірюють лінійкою, час – секундоміром.
Для кожної кульки визначають за формулою (20.6).
Знаючи , визначити похибки за загально прийнятою методикою.
Контрольні питання
Дати означення коефіцієнтів динамічної і кінематичної в’язкості.
Які одиниці вимірювання цих коефіцієнтів?
Записати і пояснити закон Ньютона для внутрішнього тертя.
Чому дорівнює сила внутрішнього тертя за Стоксом?
Які сили діють на кульку при русі в рідині?
Якісно описати рух кульки в рідині протягом всього шляху.
Вивести робочу формулу.
Вивести формулу для підрахунку похибки.
Сформулювати закон Архімеда.