Цель работы. Определить коэффициент внутреннего трения (вязкость) жидкости по методу Стокса.
Приборы и принадлежности
1. Стеклянный цилиндр с исследуемой жидкостью.
2. Масштабная линейка.
3. Секундомер.
4. Металлические шарики.
5. Микрометр.
Краткая теория
Вязкость, или внутреннее трение – это явление возникновения силы трения между слоями жидкости или газа, перемещающимися параллельно друг другу с разными по величине скоростями.
Чтобы понять происхождение силы внутреннего трения, рассмотрим два соприкасающихся слоя жидкости (газа) А и В некоторой малой толщины dz каждый (рис. 1). Слои движутся в одну сторону с различными по величине скоростями 
и 
(пусть 
> ). Каждая молекула жидкости участвует в двух движениях: хаотическом, средняя скорость которого 
, и направленном движении со скоростью 
, которая по величине намного меньше, чем . За счет хаотического движения молекулы из слоя в слой переносят разные импульсы: 
из слоя А в слой В, 
из слоя В в слой А. Если > , то слой А замедляется, а слой В ускоряется, и через некоторое время направленные скорости слоев выравниваются. Таким образом явление вязкости относится к явлениям переноса и также, как и диффузия и теплопроводность, обусловлено молекулярным механизмом – хаотическим движением и перемешиванием молекул. В явлении вязкости между слоями жидкости возникают силы внутреннего трения, направленные по касательной к поверхности слоев. Направление, в котором отсчитывается расстояние между слоями 
(ось 
), перпендикулярно скорости движения слоев. В этом же направлении изменяется и величина скорости направленного движения слоев. Изменение величины этой скорости на единице расстояния называется градиентом величины скорости: 
.
Импульс 
, переданный одному слою другим, тем больший, чем больше выбрана площадь 
переноса импульса соприкасающихся слоев, время 
переноса импульса и изменение величины скорости между слоями, то есть, чем больше 
:
. (1)
Коэффициент пропорциональности 
называют коэффициентом внутреннего трения, или коэффициентом вязкости, или просто динамическая вязкость жидкости (газа). Знак «минус» указывает, что импульс переносится в направлении слоя с меньшей скоростью.
Выражение (1) перепишем как
, 
(2)
которое называется эмпирическим уравнением вязкости или уравнением Ньютона.
Величина 
называется плотностью потока импульса и показывает величину импульса переносимого из одного слоя в другой за единицу времени через единичную площадку перпендикулярно этой площадке.
Согласно второму закону Ньютона 
, в данном случае 
- сила трения между слоями жидкости (газа). Тогда уравнение (2) перепишется
. (3)
Коэффициент вязкости
. (4)
Из последнего выражения (4) следует физический смысл коэффициента вязкости : коэффициент вязкости численно равен силе трения, возникающей между двумя слоями жидкости (газа) вдоль поверхности их соприкосновения на единицу площади (
) при градиенте величины скорости направленного движения слоев равном единице (
).
В формулах (3) и (4) знак «минус» перед правой частью нельзя писать, так как сила трения представляет одинаковый модуль двух противоположно направленных сил, с которыми слои действуют друг на друга согласно третьему закону Ньютона.
Исходя из молекулярно-кинетической теории газов коэффициент вязкости
(5)
где 
- средняя длина свободного пробега молекул, - средняя арифметическая скорость теплового (хаотического) движения молекул, 
- плотность газа.
Из формул (4) и (5) определяется единица измерения в СИ коэффициента вязкости:
(паскаль-секунда).
