Лабораторная работа 119

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ

ЖИДКОСТИ ПО МЕТОДУ СТОКСА

Цель работы: ознакомиться с понятием внутреннего трения и с теорией метода (см. введение); измерить коэффициент вязкости касторового масла.

Приборы и принадлежности: стеклянный цилиндр на подставке; микрометр; секундомер; миллиметровая линейка; шарики.

Описание установки и методики измерений. Экспериментальная установка состоит из широкого стеклянного цилиндра (рис.9), наполненного касторовым маслом. Сверху цилиндр закрывается крышкой, в центре которой имеется отверстие для опускания шариков в исследуемую жидкость. На цилиндре имеются две кольцевые горизонтальные метки , расположенные друг от друга на расстоянииl. Верхняя метка нанесена на том месте, где движение шарика становится равномерным (примерно на 5-8 см ниже уровня жидкости). Диаметры шариков измеряются микрометром, расстояние между метками – линейкой. Время падения шарика измеряется с помощью секундомера. Температура жидкости измеряется термометром, опущенным в жидкость через отверстие в крышке.

Скорость шарика в формуле 5 определяется из закона равномерного движения . Если заменить радиус на диаметр шарикаd, то формула

(5) примет более удобный вид

(5)

Измерения и обработка результатов измерения

1. Ознакомиться с методикой измерения микрометром.

2. С помощью микрометра измерить диаметры трех шариков. Диаметр каждого шарика измерить три раза в трех различных направлениях (винт микрометра закручивать без усилия!)

3. Опустить шарики через отверстие в крышке цилиндра и секундомером измерить время движения t каждого шарика между метками.

4. Измерить расстояние между метками.

5. По графику I (см. приложение) определить плотность касторового масла при температуре опыта. Плотность материала шарика 10,96 г/см³.

6. Рассчитать из результатов каждого опыта коэффициент динамической вязкости касторового масла в пуазах.

7. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

Таблица

№ шарика
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	1 2 3 dср
2	1 2 3 dср
3	1 2 3 dср

Оценить погрешность определения вязкости:

а) найти среднее арифметическое значение ;

б) найти погрешности отдельных измерений

;

в) определить среднюю квадратичную погрешность среднего значения

;

г) задаться доверительной вероятностью (например, 0,95);

д) по числу измерений и величине доверительной вероятности определить коэффициент Стьюдента ;

е) найти границы доверительного интервала

;

ж) окончательный результат записать в виде

;

з) сравнить найденное значение со значением, найденным из графика 2 (см. приложение).

Контрольные вопросы

1. Что называется коэффициентом динамической вязкости? Каков его физический смысл? В каких единицах он измеряется?

2. В чем состоит сущность метода Стокса?

3. Как изменяется скорость движения шарика с увеличением его диметра?

4. Почему формула Стокса справедлива при медленном равномерном движении шарика в безграничной среде? Что означает «безграничная среда»?

Литература

[1, с.218-220]; [2, с.296-297]; [3, с.143-145]; [4, с.149-152]; [5, c.138-139].

П р и л о ж е н и е

Микрометрический винт. Микрометр

Микрометрический винт применяется в точных измерительных приборах (в микрометре, микроскопе) и позволяет произвести измерения до сотых долей миллиметра. Он представляет собой стержень, снабженный винтовой нарезкой. Высота подъема винтовой нарезки на один оборот называется шагом микрометрического винта.

Микрометр (рис.1 и 2) состоит из двух основных частей: скобы В и микро-

метрического винта А. Микрометрический винт А проходит через отверстие скобы В с внутренней резьбой. Против микрометрического винта, на скобе, имеется упор Е. На нем закреплен полый цилиндр (барабан) С с делениями по окружности. При вращении микрометрического винта барабан скользит по линейной шкале, нанесенной на стебле Д.

Наиболее распространен микрометр, у которого цена делений линейной шкалы стебля b равна 0,5мм. Верхние и нижние риски шкалы сдвинуты относительно друг друга на полмиллиметра: цифры проставлены только для делений нижней шкалы, то есть нижняя шкала представляет собой обычную миллиметровую шкалу (см.рис.2).

Для того, чтобы микрометрический винт А передвинулся на 1 мм, необходимо сделать два оборота барабана С. У такого микрометра на барабане С имеется шкала, содержащая 50 делений. Так как шаг винта b равен 0,5 мм, а число делений барабана т равно 50, то точность микрометра

(1)

Для измерений микрометром предмет помещают между упором Е и микро-метрическим винтом А (см. рис.1) и вращают винт А за головку М до тех пор, пока измеряемый предмет не будет зажат между упором Е и концом винта А (вращение винта А производится только за головку М, так как в противном случав легко сбить совпадение нулей шкалы стебля Д и барабана С).

Числовое значение L измеряемого предмета находят по формуле

где k – число наименьших делений шкалы стебля Д; b – цена наименьшего деления шкалы стебля Д; m – число всех делений на шкале барабана; n номер отсчета по шкале С, совпадающий с осью шкалы стебля Д.

Так как в данной работе применяется микрометр, у которого , то формула (1) принимает вид:

, мм

На рис.2 отсчет по микрометру показывает

.

ЛИТЕРАТУРА

1. Савельев И.В. Курс общей физики, т.I. М.: Наука,1970, 512 с.

2. Яворский Б.М., Детлаф А.А., Милковская Л.Б. и др. Курс физики, т,1. Высш. школа, 1965, 376 с.

3. 3исман Г.А.. Тодес 0.М.. Курс общей физики, т. I. М.: Наука. 1972. 340 с.

4.Кортнев А.В. , Рублев Ю.В., Куценко А.Н. Практикум по физике. М.: Высш.школа, 1963. 516 с.

5.Майсова Н.Н. Практикум по курсу общей физики. М.: Высш. школа, 1970, 448 с.

15