Гидравлика для студентов / ЛР1 Свойства жидкости

Благодаря грузу ареометр плавает в исследуемой жидкости в вертикальном положении. Глубина погружения ареометра является мерой плотности жидкости и считывается со шкалы по верхнему краю мениска жидкости вокруг ареометра. В обычных ареометрах шкала отградуирована сразу по плотности.

В ходе работы необходимо выполнить следующие операции:

1). Измерить глубину погружения h ареометра по миллиметровой шкале на нем.

2). Вычислить плотность жидкости по следующей формуле:

3). Сравнить опытное значение плотности ρ со значением плотности ρT* ,

вычисленным по справочным данным и сделать соответствующие выводы:

где ρT* – плотность жидкости по справочным данным при температуре опыта Т, кг/м3;

ρ*20 – плотность жидкости при температуре 20 0С

(справочное значение см. таблицу 1.3); βТ – коэффициент температурного расширения (в среднем для

минеральных масел и нефти можно принять βТ = 0,0007 1/0С; для воды, бензина, керосина βТ = 0,0003 1/0С).

11

3). Сравнить опытное значение коэффициента кинематической вязкости ν с

табличным значением ν*20 (см. таблицу 1.3) и сделать соответствующие выводы.

4). Значения исходных данных и результаты расчетов внести в таблицу 2.2. Таблица 2.2 – Опыт № 2

капилляром. Вязкость определяется по времени истечения жидкости из емкости через капилляр.

Необходимо выполнить следующие действия:

1). Перевернуть устройство «Капелька» (см. рисунок 2.1) в вертикальной плоскости и определить секундомером время t истечения через капилляр объема жидкости между двумя метками (высотой S) из емкости вискозиметра 4.

Опыт выполнить три раза, а затем определить среднеарифмeтическое значение времени t.

2). Определить температуру Т по термометру 1.

3). Вычислить значение кинематического коэффициента вязкости ν по следующей формуле:

ν = M tср ,

где М – постоянная прибора, м2/с2.

4). Сравнить опытное значение коэффициента кинематической вязкости ν с табличным значением ν*20 (см. таблицу 1.3) и сделать соответствующие выводы.

5). Значения исходных данных и результаты расчетов внести в таблицу 2.3.

13

2.4 Опыт № 4 «Определение поверхностного натяжения сталагмометром» Сталагмометр 5 (см. рисунок 2.1) служит для определения поверхностного

натяжения жидкости методом отрыва капель и содержит емкость с капилляром, расширенным на конце для накопления жидкости в виде капли. Сила поверхностного натяжения в момент отрыва капли равна ее весу (силе тяжести) и поэтому определяется по плотности жидкости и числу капель, полученному при опорожнении емкости с заданным объемом.

Для выполнения опыта № 4 выполнить следующие действия:

1). Перевернуть устройство «Капелька» и подсчитать число капель, полученных в сталагмометре 5 из объема высотой S между двумя метками. Опыт повторить три раза и вычислить среднеарифметическое значение числа капель n.

2). Найти опытное значение коэффициента поверхностного натяжения по формуле:

σ = К ρТ* ,

nср

где К – постоянная сталагмометра, м3/с3;

ρT* – плотность жидкости по справочным данным при температуре опыта Т, кг/м3.

3). Полученный результат σ сравнить с табличным значением σ*20 (см. таблицу

1.3) и сделать соответствующие выводы.

4). Значения исходных данных и результаты расчетов внести в таблицу 2.4.

14

Таблица 2.4 – Опыт № 4

Примечание. В таблице 1.3 приведены значения плотности ρ, вязкости ν и поверхностного натяжения σ жидкостей при температуре 20 0С. Поэтому опытные значения, полученные при другой температуре, могут существенно отличаться от табличных значений.

2.5 Оформление отчета по лабораторной работе

Отчет должен содержать:

1)титульный лист (приложение А);

2)цель лабораторной работы;

3)схему установки (см. рисунок 2.1);

4)основные расчетные формулы для каждого опыта;

5)полученные результаты расчетов обработать в соответствии с приложением Б и внести в таблицы 2.1, 2.2, 2.3, 2.4.

15

3 ЗАЩИТА ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ Для защиты лабораторной работы необходимо предоставить отчет по

лабораторной работе (см. пункт 2.5) и ответить на следующие контрольные вопросы:

1). Что называется плотностью жидкости? Единица измерения плотности. Какой прибор служит для измерения плотности? Принцип работы.

2). Что называется вязкостью жидкости? Коэффициенты динамической и кинематической вязкости. Единицы измерения. Какие приборы служит для измерения вязкости? Их принцип работы.

3). Что называется поверхностным натяжением? Единицы измерения коэффициента поверхностного натяжения. Какой прибор служит для определения поверхностного натяжения? Принцип работы.

4). Что характеризует коэффициент сжимаемости, коэффициент теплового расширения? Единицы измерения.

16

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Яворский, Б. М. Справочник по физике [Текст]: 2-е изд., перераб. – М., Наука. Главная редакция физико-математической литературы. 1985. – 512 с.

2.Слабожанин, Г.Д. Практикум по гидравлике на портативной лаборатории «Капелька» [Текст]: методические указания к лабораторным работам / Г.Д. Слабожанин. – Томск: Архитектурно-строительный университет, 2007. – 28 с.

3.Рабинович, Е.З. Гидравлика [Текст]: учеб. пособие для вузов / Е.З. Рабинович. – М.: Недра., 1980.-278 с.

17

ПРИЛОЖЕНИЕ А Оформление титульного листа

Федеральное агентство по образованию Ухтинский государственный технический университет Кафедра РЭНГМ и ПГ

Отчет по лабораторной работе № ____

__________________________________

название лабораторной работы

Ухта 2010

18

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Правила работы с приближенными числами

Производя обработку многочисленных измерений, часто не подсчитывают погрешности отдельных результатов и судят о погрешности приближенного значения величины (числа), указывая количество верных значащих цифр в этом числе.

1. Нули, стоящие в числе слева, значащими цифрами не считаются. Нули в середине или в конце числа (справа), обозначающие отсутствие в числе единиц соответствующих разрядов, - значащие цифры. Например, в числе 0,08040 первые два нуля – не значащие, а третий и четвертый – значащие.

Нули, поставленные в конце целого числа взамен неизвестных цифр и служащие лишь для определения разрядов остальных цифр, значащими не считаются. В подобных случаях нули в конце числа лучше не писать и заменять их соответствующей степенью числа 10. Например, если число 4200 измерено с абсолютной погрешностью ±100, то это число должно быть записано в виде 4,2 103 . Такая запись подчеркивает, что в данном числе содержатся лишь две значащие цифры.

2. Если приближенное значение величины содержит лишние или недостоверные цифры, то его округляют, сохраняя только верные значащие цифры и отбрасывая лишние. При этом руководствуются следующими

правилами округления:

а) если первая отбрасываемая цифра больше 4, то последняя сохраняемая цифра увеличивается на единицу. Например, округляя число 27,3763 до сотых, следует записать 27,38; б) если первая отбрасываемая цифра меньше 4 или равна 4, то последняя

сохраняемая цифра не изменяется. Например, округляя число 13847 до сотен, записывают 138 102 ;

19

в) если отбрасываемая часть числа состоит из одной цифры 5, то число округляют так, чтобы последняя сохраняемая цифра была четной. Например при округлении до десятых 23,65 ≈23,6, но 17,75 ≈17,8.

3. Производя различные математические действия с приближенными числами, руководствуются следующими правилами подсчета цифр:

а) при сложении и вычитании в результате сохраняют столько десятичных знаков, сколько содержится в числе с наименьшим количеством десятичных знаков;

б) при умножении и делении в результате сохраняют столько значащих цифр, сколько их имеет приближенное число с наименьшим количеством значащих цифр.

Исключение из этого правила допускается в тех случаях, когда один из сомножителей произведения начинается с единицы, а сомножитель, содержащий наименьшее количество значащих цифр, - с какой-нибудь другой цифры. В этих случаях в результате сохраняют на одну цифру больше, чем в числе с наименьшим количеством значащих цифр;

в) результат расчета значений функций хn , n x и lgx некоторого приближенного числа х должен содержать столько значащих цифр, столько их имеется в числе х.

При вычислении промежуточных результатов сохраняют на одну цифру больше, чем рекомендуют правила а) - в) (так называемая запасная цифра). В окончательном результате запасная цифра отбрасывается.

Если некоторые приближенные числа содержат больше десятичных знаков (при сложении и вычитании) или больше значащих цифр (при умножении, делении, возведении в степень, извлечении корня и т.д.), чем другие, то их предварительно округляют, сохраняя только одну лишнюю цифру.

Пример 1. Перед сложением приближенных чисел 0,374; 13,1 и 2,065 первое и третье из них нужно округлить до сотых, а в окончательном результате сотые отбросить:

20