Контрольные вопросы:

1. Какие виды твердых тел существуют?

2. Что такое изотропность?

3. Приведите примеры аморфных тел.

4. Что такое кристаллическая решетка?

5. Что такое элементарная ячейка?

6. Что такое монокристаллы и поликристаллы?

7. Что такое полиморфизм?

8. Перечислите основные виды кристаллических решеток.

9. Что называется деформацией?

10. Какие существуют виды и типы деформации?

11. Что такое относительное удлинение?

12. Что такое механическое напряжение?

13. Изобразите диаграмму растяжения твердого тела.

14. Сформулируйте закон Гука.

15. Что такое предел пропорциональности?

16. Что такое предел упругости?

17. Что такое текучесть материала?

18. Что такое предел прочности?

19. Чем отличается упругая деформация от пластической (остаточной)?

20. Чем отличаются пластичные материалы от хрупких?

21. Что такое модуль сдвига и модуль всестороннего сжатия?

22. Что определяет скорость звука в веществе?

Лабораторная работа определение коэффициента вязкости жидкости

Цель работы: 1. Изучить различные методы определения вязкости жидкостей.

2. Научиться определять коэффициент вязкости жидкостей методом Стокса.

Приборы и оборудование: 1. Цилиндр мерный прозрачный;

2. исследуемая жидкость;

3. секундомер;

4. масштабная линейка;

5. вискозиметр Оствальда (типа ВПЖ–2);

6. вискозиметр крови (типа ВК-4).

Краткая теория

Определение вязкости широко используется в технике, агрономии, биологии, ветеринарии и т.д. Например, в технике коэффициент вязкости используется для определения качества горюче-смазочных материалов, его приходится учитывать при определении энергии, необходимой для перекачки жидкостей по трубам и подачи воздуха при создании микроклимата для животных и растений; в агрономии – для определения структуры почв; в ветеринарии – вязкость крови учитывается при диагностике состояния животного. Все реальные жидкости и газы обладают вязкостью. ВЯЗКОСТЬ веществ или внутреннее трение – это свойство жидкости или газа, благодаря которому выравниваются скорости движения различных слоев. Это выравнивание может быть частичным или полным. Другими словами, под вязкостью понимают способность жидкости или газа создавать сопротивление перемещению одного слоя вещества относительно другого. Это происходит за счет действия межмолекулярных сил. Из слоя жидкости с большей скоростью за счет теплового беспорядочного движения молекул переносится количество движения (импульс молекул) к слою, движущемуся с меньшей скоростью, и наоборот. При этом слои «быстрые» тормозятся, а слои «более медленные» начинают двигаться с большей скоростью. Так возникает между слоями жидкости сила внутреннего трения. Количественно силу внутреннего трения, возникающую при переносе количества движения между слоями жидкости, движущимися с различными скоростями, можно определить следующим образом. Рассмотрим жидкость, движущуюся в направлении оси Х. Пусть один слой движется со скоростью , а другой - со скоростью + ∆ . Расстояние между двумя точками выбранных слоев, для которых скорости отличаются на ∆ , равно ∆Z (рис.1).

Z

+ ∆

ΔZ

X

Рис.1

Отношение характеризует изменение скорости потока в направлении оси Z (в направлении перпендикулярном вектору скорости).

Как было показано Ньютоном, сила вязкости, действующая между двумя слоями, выражается формулой:

или , (1)

где η – коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом внутреннего трения или коэффициентом динамической вязкости,

S - площадь соприкосновения слоёв,

Знак ± показывает, что сила вязкости действует по направлению движения на «медленный » слой и противоположно движению на «быстрый» слой.

КОЭФФИЦИЕНТ ДИНАМИЧЕСКОЙ ВЯЗКОСТИ численно равен силе внутреннего трения, возникающей на каждой единице поверхности соприкосновения двух слоев, движущихся с разными скоростями. При этом отношение разности скоростей к расстоянию между этими плоскостями равно единице. Единица измерения коэффициента вязкости η в СИ: Па·с (Паскаль · секунда)

В биологической и сельскохозяйственной литературе встречается ранее применявшаяся единица вязкости ПУАЗ (П): 10П = 1 Па∙с. Коэффициент динамической вязкости веществ зависит от природы вещества и от температуры (с повышением температуры вязкость жидкости уменьшается, а вязкость газа увеличивается). Вязкость играет существенную роль при движении твёрдых тел в жидкостях. Если внутри жидкости будет перемещаться твердое тело, то о его поверхность будут ударяться молекулы жидкости, и в итоге будет возникать трение, как между двумя слоями жидкости. На тело, движущееся внутри жидкости или газа, действует сила силы внутреннего трения: (1а) где (-) - означает, что сила внутреннего трения направлена против движения тела,

∆ - разность между скоростью жидкости прилипшей к телу (скорость тела) и скоростью любого другого слоя (например, прилипшего к берегу =0),

S – общая площадь соприкосновения тела со средой.

Помещая слои жидкости между двумя трущимися поверхностями твердых тел, можно заменить трение скольжения внутренним трением, а последнее, как известно, значительно меньше. Вязкость биологических растворов (крови, ее плазмы, сыворотки и др.) - важный показатель функционального состояния цитоплазмы клеток.

Вязкость жидкости играет значительную роль в диагностике различных заболеваний. При некоторых инфекционных заболеваниях вязкость крови увеличивается, а при туберкулезе, брюшном тифе - уменьшается.

Венозная кровь обладает большей вязкостью, чем артериальная. При тяжелой физической работе вязкость крови увеличивается. По вязкости судят о качестве некоторых продуктов питания, например, сахара, сиропа, соков, сгущенного молока и т.д.

Определять вязкость при помощи закона Ньютона (формула 1) сложно. Но существует около 20 других способов определения вязкости.

Совокупность методов измерения вязкости называется вискозиметрией, а приборы, применяемые для этих целей, называются вискозиметрами (от лат. viscous – клейкий).

Рассмотрим три основных метода определения вязкости: капиллярный, метод Стокса и ротационный.