Контрольные вопросы

59

2.В силу каких причин возникают силы вязкости?

3.Каков физический смысл градиента скорости?

4.Каков физический смысл коэффициента внутреннего трения, какова его размерность?

5.Найдите значение коэффициента вязкости для газов на основе молекулярно-кинетической теории.

6.Какие виды течения жидкости вы знаете? При каком виде течения выполняется уравнение Ньютона для силы вязкого трения и уравнение Стокса

(1)?

7.Сохраняется ли пропорциональность силы сопротивления и скорости при больших скоростях тела? Если нет, то какой вид принимает эта связь?

60

РАБОТА 10 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОВЕРХНОСТНОГО

НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ

Приборы и принадлежности: крутильные весы с кольцом, сосуд с водой, разновески, штангенциркуль.

Введение. Чтобы оторвать кольцо от смачивающей его жидкости,

необходимо приложить к нему силу F , равную силе поверхностного натяжения, действующей по линиям соприкосновения жидкости с внешней и внутренней сторонами кольца (рис. 1).

рис. 1

Обозначим через l длину внешней и внутренней стороны кольца, тогда

Сила поверхностного натяжения, приложенная к кольцу, равна

F = 2πdγ ,

где γ – коэффициент поверхностного натяжения жидкости, откуда

γ = 2πFd .

61

Описание установки и метода измерений. На крючок рычага крутильных весов помещается подвес с кольцом, сосуд с исследуемой жидкостью ставится на столик.

Столик поднимается винтом на такую высоту, чтобы плоскость кольца была немного ниже уровня жидкости в сосуде. Если, вращая рукой винт, опустить столик, жидкость потянет кольцо и рычаг, на котором оно висит. Винтом закручивают проволоку таким образом, чтобы рычаг всё время находился в нулевом положении. Это условие необходимо для того, чтобы плечо приложенной силы, а следовательно и крутильный момент оставались постоянными. В момент отрыва кольца вращение винта прекращают и делают отсчёт угла по шкале диска.

Величина силы F определяется с помощью крутильных весов. Так как один конец проволоки закреплён, момент силы пропорционален углу поворота M = Pϕ , где P – коэффициент пропорциональности. С другой стороны, момент

силы поверхностного натяжения равен произведению величины силы на плечо M = F h , где h – плечо силы

т.е., при постоянном плече h для данной проволоки угол закручивания проволоки φ пропорционален величине измеряемой силы.

Порядок выполнения работы

I. Градуировка прибора.

1.По уровню с помощью установочных винтов добиваются горизонтального положения прибора.

2.Подвешивают кольцо на крючок рычага. Кладут на кольцо кусочек бумаги для размещения на нём разновесок. Винтом приводят рычаг в нулевое положение, когда для глаза, расположенного на уровне вилки, стержень рычага полностью закрывает её отверстие. Винтом совмещают нуль шкалы нониуса с нулём шкалы диска.

3.Кладут на кольцо разновесок в 2 10−3 Н. Плавно поворачивая винт против часовой стрелки, приводят стержень рычага обратно в нулевое положение. По шкале диска с точностью до 0,2° отмечают угол закручивания проволоки. Диск разделен на 180 частей и одно деление соответствует 2°, а точность нониуса 0,2°. Снимают перегрузку и вращением винта по часовой стрелке приводят нулевое деление нониуса к совпадению с нулевым делением шкалы диска. Если при этом стержень рычага не окажется в своём нулевом положении, то его приводят к нулю, вращая винт.

Таким же образом находят угол закручивания при нагрузках 4 10−3 H;

6 10−3 H; 8 10−3 H; 10 10−3 H;

4. Каждое измерение повторяют три раза. Результаты измерений заносят в таблицу 1.

62

Таблица 1

ϕо

ϕсро

5.Строят градуировочную кривую (по данным таблицы 1): по оси ординат откладывают значения весов, разновесков, а по оси абсцисс, соответствующей каждой нагрузке угол закручивания проволоки.

II. Проведение опыта

Перед проведением опыта следует смочить кольцо исследуемой жидкостью и, если к кольцу прилипнут капельки жидкости, то их вес следует компенсировать установкой стержня рычага в нулевое положение.

1.Вешают кольцо на крючок рычага. Помещают сосуд с исследуемой жидкостью, на столик и, вращая винт, поднимают столик настолько, чтобы кольцо погрузилось в жидкость. При этом стержень рычага должен быть в нулевом положении, а нуль нониуса совпадать с нулевым делением шкалы диска.

2.Левой рукой вращают винт, опуская столик, а правой одновременно поворачивают винт против часовой стрелки так, чтобы стержень рычага всё время оставался в горизонтальном положении. По мере закручивания проволоки кольцо постепенно поднимается, увлекая за собой жидкость. В это время необходимо очень медленно вращать винты с тем, чтобы возможно точнее определить момент отрыва кольца.

3.В момент отрыва кольца прекращают вращение винтов и производят отсчёт угла закручивания по нониусу и шкале. Используя градуировочную кривую, определяют из графика силу поверхностного натяжения F.

Опыт проводят 5 раз и по формуле (З) определяют среднее значение Fср .

4.Измеряют пять раз в разных местах диаметр кольца.

5.Полученные данные заносят в таблицу 2.

Таблица 2

1

2

3

4

5