- •Міністерство аграрної політики України Житомирський національний агроекологічний університет
- •Вступ до практикуму
- •Що включає самостійна домашня підготовка?
- •Як отримати дозвіл на виконання роботи?
- •Виконання роботи та фіксування результатів вимірювання
- •Як правильно оформити звіт?
- •Звіт має містити такі складові елементи:
- •Як захистити роботу?
- •1. Фізичні виміри, запис і обробка результатів вимірювань
- •Виміри і їх похибки
- •Обробка результатів при прямих вимірах
- •Обробка результатів непрямих вимірів
- •Запис результатів
- •Зображення експериментальних результатів на графіках
- •2. Лабораторна робота № 1 вивчення законів динаміки обертального руху Основні поняття кінематики і динаміки поступального руху твердого тіла
- •Основні поняття кінематики і динаміки обертального руху
- •Поняття про момент інерції
- •Основний закон динаміки обертального руху
- •Співставлення поступального та обертального рухів
- •Опис лабораторної установки
- •Завдання роботи
- •Виконання роботи
- •1. Визначення моменту інерції тягарця
- •2. Експериментальна перевірка основного закону динаміки обертального руху
- •Контрольні запитання
- •3. Лабораторна робота № 2 вивчення пружних властивостей твердих тіл Сили пружності у твердих тілах
- •Деформація розтягу і стиску
- •Деформація зсуву
- •Пружні властивості реальних тіл
- •Теорія методу і опис лабораторної установки
- •Завдання роботи
- •Виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •4. Лабораторна робота №3 Вивчення хвильових процесів Поширення механічних коливань у пружному середовищі
- •Рівняння біжучої хвилі
- •Швидкість звуку у газах
- •Стоячі хвилі
- •Експериментальна установка
- •Завдання роботи
- •Виконання роботи
- •Визначення довжини біжучої хвилі у повітрі в замкнутому середовищі
- •Визначення швидкості біжучої хвилі
- •Визначення теоретичного значення швидкості біжучої хвилі у повітрі
- •Контрольні запитання
- •5. Лабораторна робота №4 визначення коефіцієнта в’язкості біологічної рідини Поняття про в'язкість рідин
- •Визначення коефіцієнта в’язкості за методом Стокса
- •Завдання роботи
- •Виконання роботи
- •Опис установки
- •Загальні уявлення про електромагнітне поле
- •Поняття про електромагнітні хвилі
- •Загальне поняття про поляризацію електромагнітних хвиль
- •Поляризація світлової хвилі
- •Оптично активні речовини
- •Завдання роботи
- •Виконання роботи
- •Теорія методу і опис установки
- •1. Вивчення оптичної схеми і принципу роботи сахариметра
- •2. Визначення питомого обертання площини поляризації
- •3. Визначення концентрації цукру в розчині
- •Контрольні запитання
- •Список рекомендованої літератури
- •Додаток і
- •Додаток іі
Визначення коефіцієнта в’язкості за методом Стокса
Англійський фізик і математик Д.Стокс (1814-1903) досліджував характер сил що діють на тіла що рухаються в рідині і виявив що при невеликих швидкостях руху опір середовища зумовлений практично тільки силами внутрішнього тертя. Сила опору при русі твердого тіла пропорційна швидкості тіла . Коефіцієнт пропорційності залежить від форми тіла і пропорційний в’язкості рідини і лінійним розмірам тіла. Стокс встановив, що для невеликих кульок, сила опору руху в рідинах дорівнює
,
де - в'язкість рідини, швидкість руху кульки, радіус кульки.
Рис.5.3
Розглянемо сили, що діють на кульку в рідині. На рис.5.1 показані три сили: сила тяжіння , виштовхуюча сила Архімеда і сила опору ,яку називають силою Стокса. Основний закон динаміки поступального руху кульки .
В проекції навісь :
. (5.2)
З трьох сил тільки одна є змінною – це сила опору . Дійсно, сила опору пропорційна швидкості кульки, тому спочатку руху швидкість почне зростати. Сила опору ( ) також буде зростати, а прискорення буде зменшуватись і наступить такий момент, коли прискорення стане дорівнювати нулю. Починаючи з цього моменту кулька буде рухатись рівномірно. Тобто падіння кульки спочатку буде прискореним, а далі кулька рухається з сталою швидкістю ( ). Рівняння руху (5.2) буде мати вид:
Звідки:
(5.3)
За законом Архімеда виштовхувальна сила дорівнює вазі рідини, яка витісняється кулькою. Об'єм кульки - густина рідини - , тому маса рідини яку витісняє кулька а сила Архімеда Маса кульки може бути знайдена за формулою де - густина матеріалу кульки, а сила тяжіння тоді дорівнює . Підставимо отримані значення сил у рівняння (5.3)
Звідки в'язкість:
. (5.4)
Швидкість з якою рухається кулька можна знайти за формулою де - відстань між двома мітками на посудині, а - час, за який кулька проходить цю відстань. Враховуючи, що зручніше вимірювати діаметр кульки , формулу (5.4 ) можна записати у вигляді:
. (5.5)
Завдання роботи
1. Розібратися з фізичною сутністю в'язкості рідин і особливостями руху твердого тіла у в'язкому середовищі.
2. Визначити коефіцієнт в'язкості рідини за методом Стокса.
Виконання роботи
Прилади та матеріали: посудина з досліджуваною рідиною, свинцеві кульки, масштабна лінійка, секундомір, термометр.
Опис установки
Для визначення в'язкості за методом Стокса використовують високий циліндричний посуд з досліджуваною рідиною рис.5.3. Зверху циліндр закритий кришкою з отвором посередині, куди кидають кульку. На посуді є дві кільцеві мітки А і В. Мітка А відповідає тієї висоті, де сили, що діють на кульку урівноважуються і рух її стає рівномірним. Нижня мітка В нанесена для зручності відліку часу.
Виміряти 3 рази відстань між мітками на скляному циліндрі за допомогою масштабної лінійки.
Визначити середнє значення і записати його до таблиці.
Виміряти 3 рази в різних місцях діаметр кульки за допомогою мікрометра.
Знайти середнє значення діаметра і записати його до таблиці.
Підготувати до вимірювання секундомір.
6. Опустити кульку в циліндр і виміряти час, за який кулька проходить відстань між мітками. Результати вимірювань записати до таблиці.
7. Взяти ще дві кульки і провести аналогічні вимірювання, записуючи результати до таблиці.
8. За формулою (5.5) розрахувати коефіцієнти в'язкості за результатами вимірювань.
9. Розрахувати середнє значення , середню абсолютну і середню відносну похибку .
10. Записати кінцевий результат у вигляді:
Температура суттєво впливає на коефіцієнт внутрішнього тертя, тому слід записати у звіт температуру, при якій проводився дослід.
Таблиця 5
-
№
1
2
3
Ср.
Контрольні запитання
Що таке сила внутрішнього тертя?
Записати формулу сили внутрішнього тертя і пояснити її фізичний зміст.
Які сили діють на кульку, яка рухається в рідині?
Вивести формулу для визначення коефіцієнта в'язкості за методом Стокса.
Яка залежність в'язкості рідини від температури?
6. Лабораторна робота № 5
ВИЗНАЧЕННЯ КОНЦЕНТРАЦІЇ ЦУКРУ В РОЗЧИНІ ЗА КУТОМ ОБЕРТАННЯ ПЛОЩИНИ ПОЛЯРИЗАЦІЇ
Дуалізм хвиль та частинок
Світло являє собою складне явище: в одних випадках воно веде себе як електромагнітна хвиля, в інших - як потік особливих частинок (фотонів). Говорять, що світло володіє одночасно і хвильовими і корпускулярними властивостями.
Аналізуючи явища інтерференції, дифракції та поляризації світла ми підкреслюємо хвильову природу світла. Розглядаючи явище фотоефекту, уявляємо світловий потік у вигляді потоку частинок - фотонів.
По сучасним уявленням не тільки електромагнітне випромінювання має властивості хвиль і властивості частинок, але й будь-яка мікроскопічна частинка, наприклад електрон, має як корпускулярні, так і хвильові властивості. Встановлено, що рухові частинки можна співставити хвилю, довжиною , де - стала Планка, р – імпульс частинки. Енергія частинки Е пов'язана з частотою співвідношенням . Корпускулярні та хвильові властивості частинок невід'ємні одна від одної. Очевидно, не існує частинок, які володіють тільки корпускулярними, або тільки хвильовими властивостями. Виходячи з цього, був відкритий фундаментальний закон природи, який називається дуалізмом хвиль та частинок, або корпускулярно-хвильовим дуалізмом.
Явища, пов'язані з поляризацією світла розглядаються на основі хвильових властивостей світла. Тому, не розглядаючи корпускулярних уявлень, будемо вважати, що світло являє собою електромагнітну хвилю.