Урок "Визначення кофіцієнта в"язкості "

Тема:

Визначення кофіціента в'язкості методом Стокса

Мета роботи: навчитися визначати одну з характеристик рідини, яка сильно впливає на характер руху тіла в ній.

Прилади і матеріали: посудина з досліджуваною рідиною, кульки, мікрометр, секундомір, лінійка.

Теоретичні відомості

Як відомо на поверхні твердого тіла, яке було опущене в змощуючу рідину, утворюється тонкий шар рідини, який утримується силами молекулярного притягування. І коли тіло рухається відносно рідини з деякою швидкістю V, з тією самою швидкістя разом із ним переміщується і цей шар. Це явище дає нам змогу виміряти коефіцієнт в’язкості рідини за методом Стокса.

F = BV, де В залежить від в’язкості рідини, розмірів і форми тіла. За Стоксом В = 6πrη, де η – в’язкість рідини. У випадку сили опору: F = 6πrηV.

На дану кульку діють три сили: сила тяжіння , архімедова (виштовхувальна) сила  і сила опору (p – густина кульки, p₁ – густина рідини).

Рівняння руху кульки має вигляд:

Кулька спочатку рухається прискорено. Але перший член у правій частині даної рівності лишається сталим, а другий збільшується з ростом швидкості. Завдяки цьому різниця між ними при деякій швидкості v перетворюється в нуль. І надалі кулька падає рівномірно зі швидкістю v. І при русі встановлюється, що:

 → , де р і р₁ – це густина кульки і рідини. Якщо , то:

η = Cd²t

l – це відстань між мітками, d – діаметр кульки, t – час падіння кульки.

Хід роботи

1. Лінійкою виміряємо відстань між мітками.
2. Мікрометром виміряємо діаметр кульки в трьох різних місцях.
3. Опускаємо кульку в циліндр з рідиною якомога ближче до його осі і в момент проходження її через верхню мітку вмикаємо секундомір. Зупиняємо секундомір при проходженні кульки через нижню мітку. Під час спостережень за рухом кульки очі повинні бути на рівні міток. Такі вимірювання пророблюємо з п’ятьма кульками. Результати записуємо в таблицю.

Обробка результатів вимірювання

1. Визначаємо сталу приладу  (числове значення ρ і ρ₁ беремо з довідників).

ρ_сталі = 7800 кг/м³  ρ_рідини = 1190 кг/м³

^{____________________________________________________________________________________________________}

2. Знаходимо середній діаметр кожної кульки. Обчислюємо за формулою η = C·d²·t в’язкість для кожного досліду. Знаходимо його середнє значення. Результати заносимо до таблиці.

3. Знаходимо абсолютну і відносну похибки визначення в’язкості.

n = 5 P = 0,95 t_p(n) = 2,8

∆η_в = t_p(n)·S_ή

=

Δη_в =

4. Записуємо в’язкість рідини і абсолютну похибку в одиницях СІ:

η = (η_ср ± ∆η)

Контрольні запитання

1. Які сили діють на кульку, що падає в рідині?

2. Запишіть рівняння Бернуллі і наведіть приклади, де воно може бути застосоване для пояснення руху рідини чи газу.

3. Які існують шляхи зменшення зносу поверхні деталей, що труться?

4. Для якої рідини в’язкість в умовах нашого досліду можна визначити точніше – для води чи для гліцерину?

Задача 5.140

Знайти коефіцієнт внутрішнього тертя азота при нормальних умовах, якщо коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює 0,142 см²/сек.

Коефіцієнт внутрішнього тертя:  

Коефіцієнт дифузії:  (2)

Підставивши (2) в формулу (1) отримаємо:

Відповідь: η = ______________н/сек/м².

Виконану роботу надіслати на особисту пошту викладача