ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ТЕЧЕНИЯ ИДЕАЛЬНОЙ ЖИДКОСТИ
(«Механика», «Течение идеальной жидкости»)
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
· Знакомство с компьютерной моделью течения идеальной жидкости.
· Экспериментальная проверка уравнений неразрывности и Бернулли.
· Экспериментальное определение расхода жидкости.
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ:
ИДЕАЛЬНОЙ ЖИДКОСТЬЮ называется жидкость, в которой отсутствует внутреннее трение.
ЛИНИЕЙ ТОКА называется мысленно проведённая в потоке линия, касательная к которой в любой её точке совпадает по направлению с вектором скорости жидкости в этой точке.
ТРУБКОЙ ТОКА называется поверхность, образованная линиями тока, которые проведены через все точки замкнутого контура.
ДАВЛЕНИЕМ р жидкости называется физическая величина, определяемая нормальной силой, действующей со стороны жидкости на единицу площади
. (1)
Если жидкость несжимаема, то её плотность не зависит от давления. Тогда при поперечном сечении S столба жидкости на глубине h при плотности r вес будет равен P = rgSh, а давление на нижнее основание
, (2)
которое называется гидростатическим давлением.
УРАВНЕНИЕ НЕРАЗРЫВНОСТИ для несжимаемой жидкости имеет вид:
Sv = const. (3)
УРАВНЕНИЕ БЕРНУЛЛИ:
, (4)
где р называется статическим давлением, - динамическим давлением.
Для горизонтальной трубки тока (h1=h2) выражение (4) принимает вид
(5) и называется полным давлением.
Из уравнения (5) следует, что давление и скорость течения жидкости в двух точках 1и 2 на одной и той же линии тока связаны соотношением:
или (6)
РАСХОДОМ ЖИДКОСТИ называется объём жидкости Q, протекающий за 1 с через поперечное сечение трубы
Q = vS. (7)
Пусть S1 и S2 – площади поперечного сечения широкого и узкого участков трубы, а р1 и р2 – статические давления в этих сечениях трубы, измеряемые с помощью манометрических трубок. Тогда уравнение Бернулли (5) можно записать в виде:
. (8)
Так как жидкость несжимаема, то rv1S1=rv2S2, . С другой стороны: , и = . Откуда получим: и Q = . (9)
МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ:
1. Установите с помощью мыши одинаковое значение диаметров трубы d1= d2= d3 на всех трёх её участках, равное величине D1, указанное в табл.1 для вашей бригады.
2. С помощью миллиметровой линейки измерьте всю длину трубы от левого края окна опыта до правого Lэкс и её диаметр Dэкс
3. Определите «модельную» длину трубы Lm по формуле и запишите эти значения в табл. 2.
4. Нажатием кнопки в верхней части окна опыта остановите течение жидкости.
5. Зафиксируйте своё внимание на пунктирной линии в жидкости (5 светлых вертикальных точек в трубе), находящейся на входе в трубу. Нажатием кнопки возобновите течение жидкости по трубе и одновременно включите секундомер. Не выпуская из внимания выделенную линию и сопровождая визуально её течение по трубе, выключите секундомер в момент прохождения ей выходного сечения трубы. Запишите это время в таблицу 2.
6. Проделайте этот опыт 10 раз и каждое значение ti запишите в таблицу 2.
7. Запишите в табл. 2 значения H1= h1 =h2= h3.
8. С помощью курсора мыши установите второе, одинаковое для всех трёх секций трубы, значение диаметра D2, указанное в таблице 1 для вашей бригады, и повторите измерения по п.п. 1-7.
Таблица 1. Значения диаметров трубы
Номер
бригады
| D1
мм
| D2
мм
| Номер бригады
| D1
мм
| D2
мм
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2. Результаты измерений
Номер
измерения
| D1=____ H1=____
| D2=____
H2= ___
| ti
| vi
| gi
| ti
| vi
| gi
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| …
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЁТА:
1.По формуле определите скорость течения жидкости в каждом опыте и её среднее значение и .
2. По формуле определите экспериментальное значение ускорения свободного падения и сравните его с теоретическим значением.
3. По формуле проверьте выполнение в вашем опыте уравнения неразрывности.
4. По формуле (9) рассчитайте объём жидкости, протекающей через сечение трубы за 1 с.
5. Определите погрешность проведённых измерений.
Вопросы и задания для самоконтроля
1.Каков физический смысл уравнения неразрывности для несжимаемой жидкости и как его вывести?
2. Выведите уравнение Бернулли.
3. Как в потоке жидкости можно измерить статическое, динамическое и полное давление?
4. Сформулируйте и объясните законы Архимеда и Паскаля.
5. Какое течение жидкости называется ламинарным и турбулентным?
6. Каким критерием определяется переход режима течения жидкости от ламинарного к турбулентному?
7. Какое явление называется вязкостью жидкости?
ЛИТЕРАТУРА
1. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высшая школа, 2001, Гл.6, §28-33.
2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М.: Высшая школа, 2000, Гл.3, §3.5.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|