- •Лабораторная работа № 2.1 определение динамической вязкости воздуха методом пуазейля
- •Лабораторная работа № 2.2 изучение первого начала термодинамики. Определение коэффициента пуассона по методу клемана-дезорма
- •Лабораторная работа № 2.3 изучение адиабатного процесса. Определение коэффициента пуассона методом стоячих звуковых волн
- •Лабораторная работа № 2.4. Определение вязкости жидкости методом Стокса
- •Теоретическое введение
- •Описание установки. Расчетная формула для вязкости жидкости.
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
Описание установки. Расчетная формула для вязкости жидкости.
Установка представляет собой стеклянный сосуд цилиндрической формы, заполненный исследуемой жидкостью (глицерин). Сосуд закреплен на деревянной стойке, которая снабжена шкалой расстояний (рис.2).
К установке прилагается набор свинцовых и стеклянных шариков.
В установке предусмотрено приспособление для подъема шариков после проведения эксперимента.
При падении тела (шарика) внутри покоящейся жидкости на него, кроме силы тяжести mg действует и выталкивающая сила Архимеда FA, и сила вязкого трения FB (рис3).
Результирующая этих сил в начале падения сообщает шарику ускорение. По мере возрастания скорости возрастает и сила сопротивления, а, следовательно, уменьшается ускорение, которое становится с течением времени равным нулю. Дальнейшее движение шарика будет проходить равномерно с некоторой скоростью V.
При этом будет выполняться условие равновесия сил
mg-FA=FB. (1)
Величина вязкого трения FB для тел сферической формы при небольших скоростях движения в неограниченной жидкости определяется формулой Стокса
, (2)
где r−радиус шарика, V−скорость его движения, ή−коэффициент вязкости жидкости.
Таким образом, для (1) можно записать
, (3)
где ρш −плотность материала шарика, ρж−плотность жидкости. Выразим коэффициент вязкости
, (4)
где d – диаметр шарика.
Из формулы (4) видно, что для экспериментального определения вязкости η необходимо на опыте измерить диаметр шарика d, скорость его равномерного падения V и знать плотность материала шарика ρш и плотность жидкости ρж.
Скорость V можно определить по наблюдению времени τ прохождения шариком пути h между метками A и B, соответствующею равномерному движению (рис.2).
. (5)
Формула (4) справедлива для случая падения шарика в безграничной среде. При падении шарика вдоль оси цилиндрического сосуда с диаметром D учет наличия стенок приводит к следующей формуле:
. (6)
Формула (6) является расчетной.
Порядок выполнения работы
1. Подберите два шарика (свинцовый и стеклянный). При помощи микрометра измерьте не менее 3 раз по различным направлениям диаметры шариков и вычислите среднее значение диаметров <d>.
2. Свободно отпустите один из шариков в глицерин и при помощи секундомера измерьте время прохождения шарика между метками А и В. Шарик опускают в середину сосуда, чтобы падение происходило вдоль оси цилиндра. При пуске и остановке секундомера глаз наблюдателя должен находится на уровне меток сначала A, а затем - B. Повторите опыт для второго шарика.
3. С помощью линейки (или по измерительной шкале расстояний) измерьте расстояние h между метками А и B.
4. Измерьте внутренний диаметр сосуда D и найдите отношение .
Сделайте выбор расчетной формулы для коэффициента динамической вязкости η (4 или 6).
5. Произведите расчет динамической вязкости η, используя следующие значения плотности: для стеклянного шарика ρш=2,5 г/cм3, для свинцового шарика ρш=11,3 г/см3, для глицерина ρж=1,2 г/см3. Вычислите среднее значение <η>.
6. Результаты измерений и расчетов занесите в протокол испытаний.
Протокол испытаний
№ |
<d>, м |
<D>, м |
ρш, |
ρж, |
h, м |
τ, c |
η, Па·с |
<η>, Па·с |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|