Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ЛР__4.doc
Скачиваний:
4
Добавлен:
16.11.2018
Размер:
163.33 Кб
Скачать

1. Цель работы

Целью работы: изучение вязкости жидкостей и определе­ние коэффициента динамической вязкости жидкости (глицерин, касторовое масло) методом Стокса.

2. Теоретическое введение

Существует два вида течения жидкости (или газа): ламинарное и турбулентное. При ламинарном течении (от lamina-пластинка) жидкость как бы разделяется на слои, которые скользят относительно друг друга, не перемешиваясь. При турбулентном течении (от лат. turbulentus-бурный, беспорядочный) жидкость интенсивно и беспорядочно перемешивается. В любом случае, для приведения жидкости в движение, нужно действовать на неё внеш­ней силой, причем при турбулентном течении эта сила должна быть больше. При ламинарном течении, сила сопротивления жидкости опреде­ляется её вязкостью.

Вязкость (внутреннее трение) - свойство жидкостей (или газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части от­носительно другой.

Основной закон внутреннего трения для ламинарного течения был установлен И. Ньютоном (1687).

Рассмотрим жидкость, движущуюся в направлении оси ОУ (рис. I).

Течение двух слоев жидкости

Рис.1

Выделим в жидкости два слоя площадью S, находящихся на расстоя­нии ΔZ. Пусть скорости этих слоев отличаются на величину ΔV. Отношение ΔV/ΔZ характеризует быстроту изменения скорости тече­ния от слоя к слою и называется градиентом скорости. Основной закон вязкого течения гласит, что сила внутреннего трения (вязкости) F, действующая между двумя слоями, пропорциональна площади их соприкосновения S и градиенту скорости ΔV/ΔZ:

F=ηΔV/ΔZS (1)

Величина η называется коэффициентом динамической вязкости (коэффи­циентом внутреннего трения). Согласно формуле (I) коэффициент динамической вязкости численно равен силе внутреннего трения, приходящейся на единицу поверхности двух слоев, движущихся относительно друг друга с градиентом скорости равным единице. В системе единиц СИ размерность коэффициента динамической вязкости кгм-1с-1 (Па∙с). Вязкостью жидкости определяется сила, действую­щая на твердое тело, движущееся в жидкости. При ламинарном обтекании тела слой жидкости, непосредственно прилегающий к твердой по­верхности, в результате прилипания остается неподвижным относитель­но неё. Скорость остальных слоев относительно тела возрастает по мере их удаления от поверхности. Результирующую силу, действующую на тело, можно найти, суммируя силы (I), действующие на отдельные участки поверхности, она зависит от размеров и формы тела. Для шара, совершающего равномерное поступательное движение с малой ско­ростью в безграничной жидкости, сила сопротивления Fc была вычис­лена в 1851г. английским физикам Дж. Стоксом:

Fc=6πηrυ (2)

где r - радиус шара, υ - скорость шара. Природу вязкости молекулярно-кинетическая теория о6ъясняет движением и взаимодействием мо­лекул. Причем для жидкостей и газов механизм возникновения внутрен­него трения существенно различается.

В газах расстояние между молекулами существенно больше радиуса действия молекулярных сил. Вязкость газов - следствие хаотического (теплового) движение молекул, в результате которого происходит обмен молекулами между движущимися друг относительно друга слоями. В результате молекулы из медленно движущихся слоев попадают в быстрые, тем самым замедляя их, и наоборот. Так как средняя ско­рость теплового движения молекул растет с увеличением температуры Т (пропорционально T), то вязкость газов также увеличивается с нагреванием пропорционально T.

В жидкостях, где расстояние между молекулами мно­го меньше, чем в газах, вязкость обусловлена межмолекулярным вза­имодействием. В жидкости молекулы большую часть времени колеблются около положения равновесия, и только время от времени совершают скач­ки на расстояние порядка размеров самой молекулы. Течение жидкости представляет собой совокупность огромного числа таких скачков. Ве­роятность скачков повышается с ростом интенсивности колебаний, то есть с увеличением температуры. Поэтому вязкость жидкости уменьша­ется при её нагревании. Вязкость жидкости сильно зависит от химической структуры и состава молекул. В частности, вязкость водного раствора глицерина заметно уменьшается с увеличением содержания в нём воды (табл. 1).

Таблица 1.

Вязкость водного раствора глицерина

Процентное содержание глицерина

Вязкость раствора (Па∙с)

t=20oC

t=25oC

t=30oC

100

1.495

0.942

0.622

99

1.194

0.772

0.509

98

0.971

0.627

0.423

97

0.802

0.521

0.353

96

0.659

0.434

0.295

95

0.544

0.365

0.248

80

0.062

0.046

0.035

50

0.006

0.005

0.004

25

0.0021

0.0018

0.0016

10

0.0013

0.0011

0.0010