ph_lab_1

_{МИНОБРНАУКИ РОССИИ}

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра физики

отчет

по лабораторной работе №1

по дисциплине «Физика»

Тема: Исследование движения тел в диссипативной среде

Студент гр. 1205		Агеев А.А.
Преподаватель		Мыльников И.Л.

Санкт-Петербург

2021

Цель работы: определить вязкость диссипативной среды (жидкости) по скорости движения шарика в ней, исследовать процессы рассеяния энергии в диссипативной среде.

Приборы и принадлежности: цилиндрический сосуд с жидкостью, металлические шарики, аналитические весы, масштабная линейка, секундомер.

В работе используется цилиндрический сосуд, на боковой поверхности которого нанесены метки. Измеряя расстояние между метками и время движения шарика в жидкости между ними, можно определить скорость его падения. Шарик опускается в жидкость через впускной патрубок, расположенный в крышке цилиндра.

Исследуемые закономерности

Вязкость (внутреннее трение) жидкостей и газов выражается в свойстве оказывать сопротивление перемещению их слоев друг относительно друга и возникновении сил трения между слоями жидкости или газа, перемещающимися с различной скоростью.

Сила сопротивления движению тела в вязкой среде. В вязкой среде на движущееся тело действует сила сопротивления, направленная противоположно скорости тела. При небольших скоростях и небольших размерах тела эта сила обусловлена вязким трением между слоями среды и пропорциональна скорости тела

где v – скорость движения тела, r – коэффициент сопротивления, зависящий от формы, размеров тела и от вязкости среды .

Для шара радиуса R коэффициент сопротивления определяется формулой Стокса:

При движении тела в вязкой среде происходит рассеяние (диссипация) его кинетической энергии. Слой жидкости, находящийся в непосредственной близости от поверхности движущегося тела, имеет ту же скорость, что и тело, по мере удаления скорость частиц жидкости уменьшается. В этом состоит явление вязкого трения, в результате которого энергия тела передается слоям окружающей среды в направлении, перпендикулярном движению тела.

Движение тела в диссипативной среде. Движение тела массой m под действием постоянной силы F при наличии сопротивления среды описывается следующим уравнением:

где и – плотности среды и тела. Таким образом, уравнение движения преобразуется к виду:

Если начальная скорость движения равна нулю, то нулю равна и сила сопротивления, поэтому начальное ускорение равно:

Протокол наблюдений

Лабораторная работа № 1

«Исследование движения тел в диссипативной среде»

Выполнил студент группы аааааааааа аааааааааааааааааааааааа

Таблица 1.1

	1	2	3	4	5
m , мг
t , с

Таблица 1.2

Работа выполнена «___» _______ 2021 г. __________________

Контрольные вопросы: 7. Используя выражения для сил п. 3, напишите уравнение движения шарика в стационарном режиме. Используя это уравнение, получите выражение для вязкости жидкости через радиус шарика.

Уравнения движения тела (второй закон Ньютона) и баланса энергии (формула из пункта 3) при установившемся движении тела эквивалентны друг другу. Второй закон Ньютона в случае стационарного движения шарика имеет вид или

Из полученного уравнения может быть найден коэффициент сопротивления среды:

а по формуле Стокса–Эйнштейна – вязкость среды:

29. Запишите аналитическое выражение и объясните уравнение баланса энергии на участке установившегося движения.

Уравнение баланса энергии на участке установившегося движения имеет вид:

• – движущая сила;

• – путь, проходимый телом между двумя метками, за время ;

• – скорость рассеяния энергии (мощность потерь) в установившемся режиме;

• – коэффициент сопротивления;

• – установившаяся скорость движения шарика.