Контрольные вопросы

1. Какая механическая система называется замкнутой (изолированной)?

2. Сформулируйте закон сохранения импульса.

3. Почему к явлению удара шаров можно применять закон сохранения

импульса?

4. От чего зависит сила, возникающая при ударе.

5. Какие существуют разновидности удара?

Работа № 8

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ И СРЕДНЕЙ ДЛИНЫ СВОБОДНОГО ПРОБЕГА МОЛЕКУЛ ВОЗДУХА

Приборы и принадлежности: прибор для определения внутреннего трения молекул воздуха, секундомер.

Краткая теория

Внутреннее трение (вязкость) связано с возникновением сил трения между слоями газа, перемещающимися параллельно друг другу с различными по величине скоростями. Эти силы направлены по касательной к поверхности слоев. Молекулы газа, переходя из одного слоя в другой, переносят импульс своего движения, в одном случае ускоряя это движение, в другом - замедляя его.

Величина силы внутреннего трения F пропорциональна площади соприкосновения движущихся слоев S градиенту скорости движения слоев и равна F= -  S , (1)

где  - коэффициент внутреннего трения. Из формулы (1) следует, что коэффициент внутреннего трения в ед.СИ выражается в кг/ (мс).

Коэффициент внутреннего трения связан со средней длиной свободного пробега молекул газа соотношением  = u , (2)

где  - плотность газа при данной температуре , u - средняя арифметическая скорость молекул.

И звестно, что u = и , (3)

где  - молярная масса газа (для воздуха  = 28,9 кг/кмоль),

P - давление газа,

R - универсальная молярная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/ (мольК),

Т - термодинамическая температура окружающей среды.

Из формул (2) и (3) следует, что можно определить, зная , P и Т:

= 1,86   (4)

Описание установки

Для определения коэффициента внутреннего трения воздуха используется прибор, изображенный на рис.1

К огда из сосуда 1 выливается вода, давление в нем понижается и через капилляр 2 из сосуда 3 в него засасывается воздух. Вследствие внутреннего трения давления на концах капилляра будут одинаковы. Разность этих давлений измеряется манометром 4. Коэффициент внутреннего трения воздуха при этом определяется формулой Пуазейля:  = , (5)

где t - время истечения воздуха, l - путь, проходимый за время t (длина капилляра), V - объем воздуха, прошедший через капилляр, r - радиус капилляра, P - разность давлений на концах капилляра.

Величина P - рассчитывается по формуле P = dgh, (6)

где d - плотность жидкости, налитой в манометр, g - ускорение свободного падения, h - разность уровней в манометре.

Выполнение работы

Заполняют водой сосуд 1. Открывают кран 5, выжидают, пока установится стационарное течение (при этом разность уровней жидкости в манометре будет постоянной) и включают секундомер. После того, как вытечет определенный объем воды, выключают секундомер. По термометру определяют температуру Т, по барометру - давление P окружающей среды.

По формулам (4) и (5) вычисляют и . Манометр заполнен спиртом, плотность которого d=0,7810³ кг/м³. Для данного капилляра l=(0,10250,0005) м, r = (0,65  0,01) 10^-3 м. Цена деления сосуда V₀ = 5010^-6 м³/дел. По барометру давление дается в мм рт.столба (1 мм рт.столба = 1330 Н/м²).

Результаты измерений заносятся в табл.1.

Таблица 1

№ п/п

H, M

h, M

P, /м2

(р) Н/м2

t,c

t, c

V,M3

V, M3

,M

, M

/ · 100%

, кг/м

 кг /мс

/ 100%

1 2 3

Ср.