Лабы / 106_Laboratornaya_Rabota_fiz__2

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ Императора Александра I»

Кафедра «Физика»

Отчёт по лабораторной работе 106

Определение коэффициента трения среды методом падающего шарика

Выполнил студент Факультет: АИТ Группа: АС-907				Филимонов Д. А.
Проверил :			Дьяченко А. Т.

Санкт-Петербург 2020

Цель работы: ознакомление с методом Стокса.

Краткая теория:

Явление переноса - Явления, возникающие в термодинамической системе, при нарушении равновесия и заключающиеся в переносе той или иной физической величины, называют явлениями переноса. К этим явлениям относятся: 1) теплопроводность, обусловленная переносом внутренней энергии, 2) диффузия, обусловленная переносом массы, 3) внутреннее трение, обусловленная переносом импульса направленного движения молекул.

Внутреннее трение - Внутреннее трение, вязкость, - это свойство жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости, относительно другой.

Механизм внутреннего трения между параллельными слоями газа или жидкости движущимися с разными скоростями, заключается в том, что из-за хаотического теплового движения происходит обмен молекулами между слоями, в результате чего импульс слоя, движущегося быстрее, уменьшается и наоборот.

Модуль силы внутреннего трения между двумя слоями направленно движущейся жидкости или газа определяется законом Ньютона:

F=η||S

Где η - динамический коэффициент вязкости,

 - модуль градиента скорости (величина, показывающая, как быстро изменяется скорость жидкости или газа в направлении z, перпендикулярном направлению движения слоёв)

S – площадь поверхности, на которую воздействует сила F (площадь соприкосновения слоёв)

Из уравнения следует, что коэффициент внутреннего трения численно равен силе, действующей на единицу площади движущегося слоя жидкости при единичном градиенте скорости её направленного движения. Единицей измерения коэффициента вязкости в системе СИ является паскальсекунда (Па*с).

Коэффициент вязкости зависит от химического состава жидкости и её состояния, в частности, от температуры.

Коэффициент внутреннего трения жидкости определяется посредством измерения скорости падения в ней металлического шарика.

Fa

Fc

Ft x

Вначале скорость движения шарика в жидкости возрастает (dv/dt>0), но т. к. по мере увеличения скорости сила сопротивления так же возрастает, наступает такой момент, когда сила тяжести уравновеши­вается суммой сил Архимеда и Стокса и равнодействующая всех сил становится равной нулю. С этого момента движение шарика становится равномерным и

Fт-Fа-Fс=0

2.7) Градиент скорости – это величина, которая показывает, как быстро изменяется скорость жидкости или газа в направление Z, перпендикулярного направлению движения слоёв.

Схема установки.

Установка состоит из цилиндрической стеклянной трубки, вертикально расположенной на штативе и наполненной исследуемой жидкости.

Основные формулы и исходные данные.

	- Расчетной формуле для коэффициента вязкости (1)
	- Формула Стокса для органической среды
	- Сила тяжести
	- Сила Архимеда
	- Ско­рость равномерного движения

№ п/п	d, см	,с	, Па-с	, Па*с	,
1	0,638	1,239	0,682	-0,0352	0,0012
2	0,635	1,260	0,688	-0,0292	0,00085
3	0,439	2,558	0,723	0,0058	0,000035
4	0,436	2,625	0,733	0,0158	0,00025
5	0,434	2,742	0,76	0,0428	0,0018
			0,7172		0,004135

Вычисление результата

Для начала, переводим все единицы измерения в СИ. И получаем:

L = 21см = 0,21м _ср = 0,96 г/см³ = 960 кг/м³

R = 2,26см = 0,0226м _шара = 7,8 г/см³ = 7800 кг/м³

Рассчитаем значение для каждого опыта, используя формулу (1).

η₁= = 0,682 Па-с

η₂= = 0,688 Па-с

η₃= = 0,723 Па-с

η₄= = 0,733 Па-с

η₅= = 0,76 Па-с

Далее необходимо найти среднее значение :

= = 0,7172 Па-с

Подсчитаем отклонение от среднего значения Δη по формуле: Δη = η-

Δη ₁ = 0,682 - 0,7172 = -0,0352 Па*с

Δη ₂ = 0,688 - 0,7172 = -0,0292 Па*с

Δη ₃ = 0,723 - 0,7172 = 0,0058 Па*с

Δη ₄ = 0,733 - 0,7172 = 0,0158 Па*с

Δη ₅ = 0,76 - 0,7172 =0,0428 Па*с

И после чего посчитаем квадрат о отклонения от среднего значения и найдем сумму посчитанных значений.

(Δη)^2₁ = (-0,0352)² =0,0012(Па*с)^2

(Δη)^2₂ = (-0,0292)² = 0,00085(Па*с)^2

(Δη)^2₃ = (0,0058)² = 0,000035(Па*с)^2

(Δη)^2₄ = (0,0158)² = 0,00025(Па*с)^2

(Δη)^2₅ = (0,0428)² = 0,0018 (Па*с)^2

∑ (Δη)^2= 0,004135 (Па*с)^2