
- •Часть I. Механика 2
- •Часть II. Колебания и волны 43
- •Часть III. Молекулярная физика, термодинамика, явления переноса 63
- •Часть I. Механика
- •1. Определение углового ускорения вращающегося стрежня
- •2. Определение момента инерции стержня с грузами
- •Второй способ проверки закона
- •Литература
- •5. Бутман м.Ф., Кудин л.С. Обработка и представление результатов измерений. Методические указания к лабораторному практикуму. - Иваново 2005. 36с.
- •Теоретическое введение
- •Часть I.
- •Часть II.
- •Литература
- •Часть II. Колебания и волны
- •Теоретическое введение
- •Порядок выполнения работы
- •Теоретическое введение
- •Получим формулу для расчета скорости звука в данной работе. Скорость волны связана с длиной бегущей волны λ и с частотой ν соотношением
- •Упрощенное описание установки и процессов, в ней происходящих
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы и задания
- •Часть III. Молекулярная физика, термодинамика, явления переноса
- •Литература
- •Литература
Литература
1. Савельев И. В. Курс общей физики: Учебн. пособие для втузов: в 3 т. Т.1: Механика. Молекулярная физика. - 3-е изд., испр. - М.: Наука, 1986. – 432с.
2. Детлаф А. А. , Яворский Б. М. Курс физики: Учебн. пособие для втузов. - М.: Высшая школа, 1989. - 607 с. - предм. указ.: с. 588-603.
3. Зисман Г. А., Тодес О. М.. Курс общей физики для втузов: в 3 т. Т. 1: Механика, молекулярная физика, колебания и волны - 4-е изд., стереотип. - М.: Наука, 1974. - 340 с.
4. Методические указания к выполнению лабораторных работ по разделу “Механика“.- Иваново, ИХТИ, 1989 г. (под редакцией Биргера Б.Н.).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ
Цель работы – в работе требуется определить коэффициент вязкости глицерина по методу Стокса.
Приборы и принадлежности: труба с глицерином, масштабная линейка, шарики, микрометр и секундомер.
Теоретическое введение.
Если
привести один слой жидкости в упорядоченное
движение со скоростью1,
то он увлечет за собой прилегающий слой
со скоростью 2,
последующий со скоростью 3
и т.д. При этом скорость упорядоченного
движения убывает в перпендикулярном
направлении к движению слоев жидкости,
т.е. 1>2>3…
. Выделим два слоя жидкости на расстоянии
x
друг от друга, движущихся со скоростями
и
(см. рис.1).
Вследствие передачи импульса при переходе молекул из слоя в слой возникает сила внутреннего трения.
Сила внутреннего трения пропорциональна площади соприкосновения взаимодействующих слоев жидкости и градиенту скорости
, (1)
где
-
коэффициент динамической вязкости
жидкости (или просто вязкость);S
- площадь
слоя;
- градиент скорости.
Коэффициентом
динамической вязкости называется
величина, численно равная силе внутреннего
трения, с которой один слой увлекает
или тормозит другой слой жидкости при
условии, что площадь соприкосновения
слоев
и градиент скорости
.
В
системе СИ за единицу динамической
вязкости принимают
- вязкость такой среды, в которой один
слой увлекает или тормозит другой с
силой в
,
если площадь соприкосновения слоев
и градиент скорости
.
Коэффициентом
кинематической вязкости
называется отношение коэффициента
динамической вязкости к плотности
жидкости
. (2)
Коэффициент вязкости существенно зависит от температуры. Для жидкости с повышением температуры он резко уменьшается.
Определение
коэффициента динамической вязкости
методом Стокса
Рассмотрим
свободное падение тела внутри покоящейся
жидкости. Пусть в сосуде с жидкостью
вертикально падает небольшой шарик
радиуса
с малой скоростью
(см. рис. 2). В этом случае между тонким
слоем жидкости, обволакивающим шарик,
и окружающей средой возникает сила
внутреннего трения. Последняя направлена
против движения и, согласно закону
Стокса, равна
, (3)
где
- коэффициент вязкости жидкости.
Кроме
указанной силы
,
на шарик действуют две силы – сила
тяжести
(вертикально
вниз) и сила Архимеда
(вертикально вверх).
В
первый момент падения шарик движется
равноускоренно, так как сила тяжести
больше суммы сил, действующих вертикально
вверх. При дальнейшем падении скорость
шарика увеличивается, возрастает и сила
внутреннего трения (см. формулу 3). Когда
скорость шарика будет иметь такое
значение, при котором все три силы
,
и
уравновешиваются (сумма сил равна нулю),
тогда шарик согласно первому закону
Ньютона, будет падать равномерно с
постоянной скоростью
.
Для этого случая имеем
. (4)
Обозначим
через
плотность шарика, а через
- плотность жидкости. Если силу тяжести
выразить через плотность, то получим
. (5)
Соответственно сила Архимеда
. (6)
Подставляя
значения сил (3), (5) и (6) в (4) и выражая
,
найдем
. (7)
По
формуле (7) можно вычислить коэффициент
вязкости жидкости, если измерить на
опыте скорость равномерного движения
шарика в жидкости. Для этой цели необходимо
измерить время t
прохождения шариком расстояния l
между метками m
и n
(см. рис.2). Скорость равномерного
движения будет
,
и расчетная формула примет вид
. (8)
Порядок выполнения работы
При помощи микрометра измерить пять-шесть раз диаметр шарика, вычислить из полученных данных среднее значение и занести в таблицу радиус шарика. Аналогично найти радиусы еще четырех шариков.
Выбрать расстояние между метками m и n
По секундомеру отметить время движения каждого шарика от верхней до нижней метки.
По формуле (8) рассчитать коэффициент вязкости глицерина для каждого опыта, результаты занести в таблицу.
Вычислить приближенное значение коэффициента вязкости , абсолютную и относительную погрешности.
Окончательный результат записать в виде
.
Таблица
Результаты измерений и вычислений
№ п/п |
Радиус шарика r, м |
Время падения шарика t, с |
Расстояние между метками l, м |
Коэффициент вязкости
,
|
1 2 3 4 5 |
|
|
|
|
Приближенное
значение
|
| |||
Абсолютная
погрешность
|
|
Контрольные вопросы
Что называется коэффициентом вязкости? Единицы измерения вязкости.
От каких факторов зависит коэффициент вязкости жидкости?
Сущность метода Стокса для определения коэффициента вязкости жидкости с выводом расчетной формулы.
Обосновать изменение скорости движения шарика с увеличением его диаметра?