Завдання 1. Ознайомитися з будовою капілярного віскозиметра.
Основу віскозиметра становить капіляр 3 з резервуаром 2 (рис. 2.36). Мітки М1 та М2 на резервуарі служать для фіксування об'єму рідини, що протікає через капіляр. Груша 4 служить для засмоктування рідини в резервуар 1.
Завдання 2. Визначити відносний ηвід та абсолютний ηабс коефіцієнти в'язкості досліджуваної рідини.
1. Визначити час tx протікання через капіляр фіксованого об'єму досліджуваної рідини. Для визначення tx необхідно за допомогою груші засмоктати гліцерин в резервуар 1 на декілька міліметрів вище мітки М1. Потім, дозволяючи рідині вільно витікати із резервуара 2 через капіляр З, виміряти за допомогою секундоміра час tx проходження меніску між мітками М1 та М2. Виміри занести в таблицю 1.
Таблиця 1. Результати вимірів часу витікання рідин
| № | tx | ∆tx [c] | tem [c] | ∆tеm [с] |
| Середнє значення |
2. Аналогічним способом визначимо час tem для дистильованої води. Результати занести в таблицю 1.
3. Розрахувати відносну в'язкість досліджуваної рідини за формулою (2.70). При розрахунках використовувати середні значення tx та tem. Значення густини досліджуваної рідини рх взяти рівним рх = (1120 ± 0.5) кг/м3, а густину дистильованої води реm = (1000±1)кг/м3.
Таблиця 2. Залежність коефіцієнта в'язкості дистильованої води [Пас] від температури
| t0C | ηеm | t0C | ηеm | t0C | ηеm |
| 0,00179 | 0,00098 | 0,00080 | |||
| 0,00151 | 0,00096 | 0,00065 | |||
| 0,00131 | 0,00093 | 0,00055 | |||
| 0,00114 | 0,00091 | 0,00047 | |||
| 0,00111 | 0,00089 | 0,00041 | |||
| 0,00108 | 0,00087 | 0,00036 | |||
| 0,00106 | 0,00086 | 0,00032 | |||
| 0,00103 | 0,00084 | 0,00028 | |||
| 0,00100 | 0,00082 | 0,00026 |
4. Розрахувати абсолютне значення коефіцієнта в'язкості досліджуваної рідини ηабс за формулою (2.71), визначивши за таблицею 2 коефіцієнт в'язкості дистильованої води rjem при температурі досліду.
5. Знайти відносну ε та абсолютну ∆η похибки у визначенні відносного та абсолютного коефіцієнтів в'язкості досліджуваної рідини:
- відносна похибка ε = ±(∆ηx/ηx) = ±(∆tx/tx + ∆tem/tem + ∆рх/рх + ∆реm/реm),
- абсолютні похибки для абсолютного та відносного коефіцієнтів в'язкості
∆ηабс = εηабc, ∆ηвід = ε±ηвiд
Кінцевий результат подати у вигляді:
ηх = (ηабc± ∆ηабс) [Па . с], ηх від = ηвід ± ∆ηвід.
Завдання 3. Визначення коефіцієнта в'язкості рідини за допомогою віскозиметра ВК-4.
1. Віскозиметр ВК-4 являє собою капілярний віскозиметр для визначення коефіцієнта в'язкості крові. Із формули Гагена-Пуазейля, яка описує плин в'язкої рідини по циліндричній трубі, виходить, що за однакових умов плину за один і той же час об'єм речовини V, який протікає через цю трубу, обернено пропорційний в'язкості рідини: V~ l/η.
Величину об'єму V можна оцінити по довжині заповнення капіляру L за час плину: V = πr2L. Отже, відношення в'язкостей рідин, об'єми яких протікають за певний час, буде дорівнювати відношенню об'ємів або довжин η/ηem = Vem/V = Lem/L.
Таким чином, вимірявши L та Lem, можна визначити відносну в'язкість досліджуваної рідини ηвід = η/ηem = Lem /L. (2.72)
Знаючи в'язкість еталонної рідини (води) при температурі досліду, можна легко одержати абсолютне значення в'язкості досліджуваної рідини.
2. Ознайомитися з будовою віскозиметра ВК-4 (рис. 2.37).Віскозиметр ВК-4 складається з двох градуйованих капілярних бюреток 1 і 2, закріплених на загальній підставці. Після того як в бюретку 1 набрано води, яка служить еталонною рідиною, кран 3 на бюретці 1 закривають, що дозволяє набрати досліджувану рідину (кров) в бюретку 2, не змінюючи рівень води в бюретці 1. Обидві бюретки з'єднані трійником 4, від якого відходить гумова трубка 5 з наконечником 6.
3. Виконати такі процедури для визначення коефіцієнта відносної та абсолютної в'язкості:
а) промити капіляри спиртом і просушити за допомогою груші;
б) відкрити кран 3 і, витягуючи повітря через наконечник 6 за допомогою шприца, набрати дистильовану воду в бюретку 1 до позначки "0";
в) при закритому крані 3 таким же чином набрати досліджувану рідину в бюретку 2 до позначки "0";
г) відкривши кран 3, втягувати повітря через наконечник 6 до того часу, поки рівень досліджуваної речовини в бюретці 2 не дійде до позначки "7" (L = 1), вода при цьому досягає в бюретці 1 другої позначки (Lem). Як видно із формули (2.72), відносний коефіцієнт в'язкості досліджуваної рідини за цих умов чисельно дорівнює шляху, пройденому водою, тобто Lem.
4. Оформити протокол лабораторної роботи.
Він повинен містити:
а) стислу теоретичну частину, яка пояснює фізичну сутність капілярної віскозиметрії;
б) таблиці експериментальних вимірів;
в) результати обробки даних і розрахунок похибок вимірів.
Завдання для самостійної роботи та самоконтролю
1. Чим обумовлена в'язкість рідини та від яких параметрів вона залежить?
2. Що таке ідеальна, ньютонівська та неньютонівська рідини?
3. Що таке градієнт швидкості? В яких одиницях він вимірюється?
4. Дайте визначення коефіцієнта в'язкості та вкажіть одиниці його виміру.
5. У чому полягає різниця між стаціонарним і нестаціонарним плином рідин, ламінарним та турбулентним плином?
6. Що таке число Рейнольдса та який його фізичний зміст?
7. У чому полягає фізичний зміст рівняння неперервності струменя, рівняння Бернуллі?
8. Від яких параметрів залежить в'язкість крові?
9. Як пов'язані між собою об'ємна та лінійна швидкості плину рідин?
10. Визначити об'ємну та лінійну швидкості плину рідин, якщо діаметр судини 3 см, відносна в'язкість рідини дорівнює 2, густина 1000 кг/м3, число Рейнольдса дорівнює 3000.
11. Визначити силу, що діє на 100 м2 поверхні дна, якщо швидкість плину води в потоці лінійно збільшується від нуля на дні до 10 м/с на поверхні, глибина потоку 2 м.
