Сделай Сам Свою Работу на 5

Определение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса.

Определение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса.

 

Цель работы: экспериментальное определение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса.

Приборы, принадлежности и материалы: сосуд с исследуемой жидкостью, стальной

шарик, секундомер, микрометр, денсиметр,

линейка.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

 

ЛАМИНАРНОЕ И ТУРБУЛЕНТНОЕ ТЕЧЕНИЕ

Наблюдается два вида течение жидкости (газа). В одних случаях жидкость как бы разделяется на слои, которые скользят друг относительно друга, не перемешиваясь. Такое течение называется л а м и н а р н ы м (слоистым). Частицы жидкости в ламинарном потоке не переходят из одного слоя в другой. Ламинарное течение стационарно. При чем для него характерно то, что каждый слой движется с какой-то определенной скоростью υ. При небольших скоростях течения жидкости по трубе наблюдается ламинарное течение. Характер изменения скорости течения с расстоянием от оси трубы изображен на рис.1

Рис.1 Рис.2

 

Ламинарное течение Турбулентное течение

При увеличении скорости потока характер течения существенно изменяется. Возникает энергичное перемешивание жидкости, в результате чего внутри жидкости появляются вихри - турбулентности. Такое течение называется т у р б у л е н т н ы м. «Профиль» скоростей внутри турбулентного потока изображен на рис.2. При турбулентном течении скорость в каждой точке сечения трубы приобретает некое значение. И только вблизи стенок скорость несколько изменяется.

ДИНАМИЧЕСКАЯ ВЯЗКОСТЬ

Вследствие того, что ламинарный поток как бы расслаивается, и каждый слой движется с определенной скоростью, то в процессе движения между слоями возникает трение, которое применительно к жидкостям и газам называется внутренним трением.

Внутренне трение характеризуется коэффициентом, который называется динамической вязкостью.

Динамическая вязкость обозначается греческой буквой η («эта») и измеряется в системе СИ в Паскалях-секунда: [η]=Па·с.

Свойства динамической вязкости:

· вязкость жидкостей резко уменьшается с повышением температуры жидкости;

· вязкость газов наоборот резко увеличивается с повышением температуры газа.

Кроме динамической вязкости, применяется еще понятие кинематической вязкости −

это отношение динамической вязкости к плотности среды (жидкости или газа):

.

Единица измерения кинематической вязкости: [ν]= м2/с (иногда эту единицу измерения называют «Стоксом»: 1 Ст= 1 м2/с).

ЗАКОН СТОКСА

Стокс установил следующую закономерность: для тела, находящегося в ламинарном потоке, сила сопротивления среды пропорциональна коэффициенту динамической вязкости η, скорости υ движения тела относительно жидкости и характерному размеру тела l.

Если тело имеет сферическую форму, то сила сопротивления потока будет равна:

Fc=6πηrυ.

где r– радиус тела,

υ – относительная скорость тела (потока).

Как и любая другая сила трения, Fc всегда направлена в сторону противоположную движению тела.

МЕТОД СТОКСА

На законе Стокса основано определение вязкости жидкости вискозиметром Гёпплера: в трубку определенногодиаметра, заполненную жидкостью, вязкость которой надо определить, опускают шарик и измеряют скорость его падения, которая и является мерой вязкости жидкости. Этот метод измерения вязкости называется методом Стокса и именно его мы будем применять в данной лабораторной работе.

На металлический шарик массой m падающий в вязкой жидкости, действуют следующие силы (рис.3):

  1. сила тяжести, направленная вертикально вниз: F = mg = ρтVg = .
  2. сила Архимеда, направленная вертикально вверх: FАр = ρжVg = .
  3. сила сопротивления движению шарика, обусловленная силами внутреннего трения и равная (согласно закону Стокса):

Fс=6πrηv,

Рис.3 где v – скорость движения шарика, g = 9,8 м/с2 – ускорение свободного падения,

V = - объем шарика с радиусом r,

ρт – плотность материала шара,

1 ρж – плотность жидкости.

Уравнение движения тела: F = FА + Fс.

Тогда: ,

Откуда: . Поскольку , то .

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

Определение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса.

 

Цель работы: экспериментальное определение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса.

Приборы, принадлежности и материалы: сосуд с исследуемой жидкостью, стальной

шарик, секундомер, микрометр, денсиметр,

линейка.

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

1. Измерить диаметр шарика и определить его радиус r.

2. Измерить денсиметром плотность жидкости ρж.

3. Измерить температуру жидкости tºC.

4. Опустить шарик в жидкость и одновременно измерить секундомером время t прохождения шариком двух меток.

5. Измерить расстояние 1 между метками.

6. Опыт повторить 3 раза.

7. По формуле вычислить три значения коэффициента вязкости: η1, η2, η3.

8. Определить среднее значение коэффициента вязкости: ηср= .

9. Определить абсолютную погрешность опыта: ; ;

10. Определить среднее значение абсолютной погрешности:

11. Определить относительную погрешность опыта:

12. Определить кинематическую вязкость жидкости: .

13. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу:

 

r ρт ρж l t η ηср |Δη| Δηср ε ν
10-3 м кг/м3 м с Па·с % м2
1.                      
2.      
3.      

 

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Что такое вязкость? Какова причина вязкости?

2. От чего зависит вязкость? В чем отличие вязкости жидкости от вязкости газов?

3. Закон Стокса (формулировка и формула)

4. Какие силы действуют на шарик, падающий в жидкости, и как они направлены?

 

ЗАДАЧИ:

1. Какую максимальную скорость будет кметь дождевая капля диаметром d= 0,5 см, если динамическая вязкость воздуха η=1,2·10-5 Па·с? (Плотность воды считать равной ρ=103 кг /м3).

2. Пробковый щарик всплывает в сосуде с глицерином. Чему рамен діаметр шарика, если известно, что шарик всплывает с постоянной скоростью υ=2 см/с, а динамическая вязкость глицерина в условиях опыта равна η = 1,48 Па·с? плотность пробки ρ1=200 кг/м3, а плотность глицерина ρ2=1200 кг/м3.

3. Шарик всплывает с постоянной скоростью в жид кости, плотность которой в 4 раза більше плотности шарика. Во сколько раз сила внутреннего трения жид кости Fс, которая действует на шарик, більше силы тяж ести?

 

РАБОЧИЙ ЛИСТ

Ф.И.О:____________________________ группа__________ дата ___________

 

Вариант № ____

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5



©2015- 2017 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.