3. Теоретические основы работы.

Всем реальным жидкостям в большей или меньшей степени присуща вязкость или внутреннее трение. Внутреннее трение (вязкость) - свойство жидкостей и газов оказывать сопротивление при перемещении одной их части относительно другой. Вязкость проявляется в том, что возникшее в жидкости движение после прекращения действия причин, его вызвавших, постепенно прекращается.

Наблюдается два вида течения жидкости. В одних случаях жидкость как бы разделяется на слои, которые скользят друг относительно друга, не перемешиваясь. Такое течение называется ламинарным (слоистым).

При увеличении скорости или поперечных размеров потока характер течения существенным образом изменяется. Возникает энергичное перемешивание жидкости. Такое течение называется турбулентным. При турбулентном течении скорость частиц в каждом данном месте всё время изменяется беспорядочным образом - течение нестационарное.

Вязкость жидкостей (в отличие от вязкости газов) обусловлена в основном межмолекулярным взаимодействием, ограничивающим подвижность молекул. В настоящее время еще не существует адекватной теории вязкости жидкости, поэтому коэффициенты внутреннего трения определяются экспериментально. В СИ размерность [h] = Па*с (Паскаль - секунда).

Одним из методов экспериментального определения коэффициента внутреннего трения вязких жидкостей является метод Стокса. При движении тела в жидкости на тело действует сила сопротивления. Стокс вывел формулу для силы сопротивления, действующей на шар, движущийся в жидкости поступательно и с постоянной скоростью

F_A

Р ассмотрим силы, действующие на шарик, движущийся с постоянной F_C скоростью v₀ в вязкой жидкости:

с ила тяжести , где V - объем шарика, r_ш - плотность шарика

сила Архимеда , где V - объем шарика, r_ж - плотность жидкости

сила Стокса Fс = 6π =

F_{T Х}

рис.1

Условие постоянства скорости шарика v₀ дает (в проекции на вертикальную ось х)

(1)

Подставляя в (1) выражения для сил Fт, Fа и Fс, а также учитывая, что объем шара

, (2)

где d - диаметр шара, получим выражение для коэффициента внутреннего трения жидкости h:

(3)

Установившуюся скорость движения шарика найдем по формуле

(4)

где t - время движения шарика между кольцами 3 и 4.

Из (3) и (4) получим формулу для определения коэффициента внутреннего трения жидкости:

(5)

4. Описание установки и вывод расчетных формул.

Экспериментальная установка (рис.2), используемая для определения коэффициента внутреннего трения жидкости по методу Стокса, представляет собой два стеклянных цилиндрических сосуда 1, наполненных жидкостью различной вязкости; уровень поверхности жидкости обозначен цифрой 2. Расстояние между указателями 3 и 4 равно L. Расстояние между поверхностью жидкости 2 и верхним указателем 3 подбирают так, чтобы на этом участке скорость шарика стабилизировалась; при этом на участке 3 - 4 движение шарика будет происходить с постоянной скоростью v₀.

Рисунок 2. Установка

5. Порядок выполнения работы.

1. Записать данные спецификации измерительных приборов.

L = 0,22 м; ρ_ж = 1260 кг/м³ ; d_ш = 4,3*10^-3 м ; m_ш = 0,33*10^-3 кг.

2. Рассчитать плотность шарика ρ_ш = = = -------------------------

3. Аккуратно поднимите с помощью магнита шарик до поверхности жидкости, и опустить его.

4. Секундомером измерить время t прохождения шариком расстояния L между указателями 3 и 4. Следить, чтобы в моменты включения и выключения секундомера (в моменты прохождения шариком указателей 3 и 4 соответственно) глаз наблюдателя располагался на уровне соответствующего указателя. Результаты измерения t внести в таблицу (таб. 1).

5. Пункты 2 - 3 повторить не менее 5 раз.

6. Тот же опыт провести со вторым сосудом с касторовым маслом и занести результаты измерения в такую же таблицу.

7. По формуле (5) рассчитать коэффициент внутреннего трения для глицерина или касторового масла.

8. Определить погрешность для этих коэффициентов

6. Обработка результатов измерений.

Величина	1	2	3	4	5	Результат
t, с						-----
ηi						<η> =
Δηi
(δηi)2

Результат представить в виде:

Па·с

Вывод:

Филиал МАГУ в г. Апатиты

ФИО				Наименование работы: ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ПУЛИ МЕТОДОМ ФИЗИЧЕСКОГО МАЯТНИКА
Кафедра: ГДНЗиП
Курс, группа, подгруппа 1СГД(з)АФ				Цель работы: Используя закон сохранения момента импульса и закон сохранения полной механической энергии, определить скорость пули пружинного ружья по отклонению физического маятника от положения равновесия.
Этап работы	оценка	дата	преподаватель
Допуск			Шейко Е.М.
Окончание				Принадлежности: Измерительный стенд, весы.
Итоговая оценка