Лабораторная работа №5 Определение коэффициента вязкости жидкости

Цель работы:определить коэффициент вязкости жидкости.

Приборы и принадлежности: сосуд с жидкостью, секундомер, масштабная линейка, штангенциркуль, шарики.

Схема экспериментальной установки:

Методика исследования и описание установки

При движении жидкости между ее слоями возникают силы внутреннего трения противостоящие «сдвигу» слоев, действующие таким образом, чтобы уровнять скорости всех слоев. Природа этих сил заключается в том, что слои, движущиеся с разными скоростями, обмениваются молекулами. Молекулы из более быстрого слоя передают более медленному слою некоторый импульс, что приводит к торможению последнего.

Сила внутреннего трения (вязкости), действующая между двумя слоями, пропорциональна площади их соприкосновения ∆Sи градиенту скоростив направлении внешней нормалиnк поверхности слоя:

. (1)

Величина ηназывается коэффициентом внутреннего трения или вязкости. Коэффициент вязкости зависит от природы жидкости и для данной жидкости с повышением температуры вязкость уменьшается.

При падении шарика в вязкой жидкости на него действуют три силы:

1. Сила тяжести (V- объем иρ- плотность шарика)

2. Выталкивающая сила Архимеда (ρ^’– плотность жидкости)

3. Сила внутреннего трения, действующая на шарик радиуса rпри его медленном поступательном движении со скоростьюи тормозящая движение шарика, которая определяется по формуле Стокса.

На основании второго закона Ньютона имеем:

или(2)

Вначале скорость движения шарика возрастает , но так как по мере увеличения скорости сила сопротивления так же возрастает, то наступает такой момент, когда сила тяжести уравновешивается суммой сил Архимеда и Стокса и равнодействующая всех сил становится равной нулю.

. (3)

С этого момента движение шарика становится практически равномерным со скоростью . Решая уравнение движения относительно, получим для коэффициента вязкости:

. (4)

Скорость равномерного движения шарика можно определить, зная расстояниеℓмежду метками на сосуде и времяt, за которое шарик проходит это расстояние.

Учитывая, что на опыте измеряется диаметр шарика, а не его радиус получаем расчетную формулу:

. (5)

Порядок выполнения работы

1. По указанию преподавателя откройте программу, содержащую блок лабораторных работ по физике, раздел «механика, статистическая физика и термодинамика». Выберите нужную вам лабораторную работу.

2. Еще раз внимательно прочитайте теорию и методику проведения работы. Для этого щелкните левой клавишей на экране кнопку. «Теория и методика проведения работы».

3. Откройте flash- анимацию, для этого щелкните кнопку «Эксперимент».

4. Задайте параметры – вид жидкости, диаметр шарика, величину MN.

5. Щелкните кнопку «Пуск» для начала эксперимента.

6. Запишите параметры установки и время падения шарика в таблицу.

7. Повторите опыт 10 раз, изменяя параметры.

8. При помощи калькулятора произведите вычисления предлагаемых величин.

9. Сделайте вывод о проделанной работе.

10. Ответьте на контрольные вопросы.

Обработка результатов измерений

1. Коэффициент вязкости рассчитывается по формуле (5).

2. Относительную погрешность каждого опыта рассчитать по формуле

.

3. Абсолютную погрешность каждого опыта рассчитать по формуле

.

Таблица измерений

№пп	l, м	d, м	t, с	, кг/м3	, кг/м3	, Пас	, 	, Пас
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Среднее значение

Контрольные вопросы:

1) Сформулируйте закон Архимеда.

2) Вследствие чего возникают силы внутреннего трения? Как они направлены?

3) Является ли сила сопротивления среды силой внутреннего трения? Обоснуйте ответ.

4) Напишите формулу Стокса. Дайте определения величин, входящих в формулу.

5) Какие силы действуют на шарик, падающий в жидкости?

6) На каком участке траектории падающего шарика результирующая сила изменяет своё значение с ростом скорости?

7) На каком участке траектории падающего шарика результирующая сила равна нулю? Каков характер движения шарика на этом участке?

8) Выведите единицу измерения , используя расчётную формулу.