Общая постановка задачи: Освоение метода Стокса для определения коэффициента внутреннего трения масляных жидкостей. Список индивидуальных данных:

1. Стеклянный цилиндр с масштабными метками.

2. Набор шариков из известного материала.

3. Исследуемая жидкость - вода.

4. Секундомер.

5. Микроскоп.

Пример выполнения работы

Для измерения вязкости жидкости необходимо определить диаметр 3-х шариков, выбранных для работы. Для этого шарик помещают на предметное стекло микроскопа, и микроскоп винтом фокусируют так, чтобы контур шарика был резко виден. В окуляре имеется измерительная шкала с известной ценой деления. Цена деления указана на этикетке, которой снабжён микроскоп. Перемещая предметное стекло с шариком, необходимо совместить диаметр шарика с окулярной шкалой так, чтобы какой-нибудь штрих коснулся контура шарика. Сосчитав, сколько делений шкалы укладывается вдоль диаметра шарика, умножают найденное число делений на цену деления и в результате получают диаметр шарика в метрах. Измеренные трижды значения диаметров шариков по разным направлениям вносят в таблицу 1.

При изменении скорости падения шарика в жидкости на шкале прибора выбирают две метки, причём верхняя метка должна отстоять от уровня жидкости не менее, чем на 0,02 – 0,03 м. Этого вполне достаточно, чтобы установилась постоянная скорость падения шарика в жидкости.

Расстояние между выбранными на шкале цилиндра метками должно составлять 0,1 – 0,2 м. Выбранное постоянное значение этого l заносят в таблицу.

Для определения времени t прохождения шариком пути l поступают следующим образом. Подготавливают секундомер, опускают шарик в жидкость и включают секундомер в момент, когда шарик проходит через верхнюю выбранную метку шкалы. При прохождении шариком нижней отметки шкалы секундомер останавливают и получают время t. Указанный опыт повторяют с другими шариками и все результаты записывают в таблицу. Для каждого шарика время измеряют еще раз.

Вычисляют постоянный множитель К.

	D, м	ΔD, м	t, с	μi, Па · с
Первый шарик	D1’ D1’’ D1’’’ <D> <D>2		t1 =	μ1 =
Второй шарик	D2’ D2’’ D2’’’ <D> <D>2		t2 =	μ2 =
Третий шарик	D3’ D3’’ D3’’’ <D> <D>2		t3 =	μ3 =

ρ_ш = кг · м³; ρ_ж = · кг · м³;

l = м; · g = 9,8 м · с^-2; К = кг · м^-3 · с^-2

По данным таблицы определяем:

µ₁ = K<D₁>²t₁;

µ₂ = K<D₂>²t₂;

µ₃ = K<D₃>²t₃.

Находят <µ> - среднее значение.

Определяют сумму:

S =√[(<µ> - µ₁)² + (<µ> - µ₂)² + (<µ> - µ₃)²/6]

Находят абсолютную погрешность

Δµ = 4,3 ×S

где 4,3 – коэффициент Стьюдента для 3 измерений. Результат записывают в виде:

µ = <µ> ± Δµ

Находят относительную погрешность:

.

Сравнивают полученные значения погрешностей и точностей измерений и объясняют их разницу.

Контрольные вопросы к защите

1. Объясните молекулярно-кинетический механизм вязкости.

2. Какую величину Вы вычисляете в работе, в каких единицах она измеряется?

3. Какая характеристика непосредственно измеряется в опыте? Оцените точность используемого секундомера.

4. Почему реальная жидкость обладает вязкостью?

5. Какую величину можно оценить используя формулу Стокса? От каких физических характеристик зависит объем протекающей жидкости?

6. Что такое коэффициент динамической вязкости, кинематической вязкости и связь между ними?

7. Что такое ламинарное и турбулентное течение жидкости? Критерий характера течения жидкости.

8. Сформулируйте второй закон Ньютона.

9. Выведите расчётную формулу для определения μ = KD²t.

10. Объясните расчёт относительной и абсолютной погрешностей измерений, оценив точности проводимых измерений.