Послідовність виконання роботи. 1. Відкрити кран і почекати, поки вода почне витікати з кра­на краплями; підставити мірну склянку, відмітити на шкалі висо­ту h1 стовпа води в посудині і

 

1. Відкрити кран і почекати, поки вода почне витікати з кра­на краплями; підставити мірну склянку, відмітити на шкалі висо­ту h₁ стовпа води в посудині і ввімкнути секундомір.

2. Коли в склянці буде 30-60 см³ води, закрити кран і одночасно зупинити секундомір.

3. Записати нову висоту h₂ стовпа води в посудині, об’єм V повітря, що ввійшло через капіляр в посудину, який дорівнює об’єму води, що витікла з посудини.

4. Виміряти величини (τ, DP, Р, V), табличні дані (π, μ, R, K) та дані установки (r, ) внести в табл. 18.1.

Таблиця 18.1

Номер досліду

h1

h2

V

τ

n

σ

 

5.Розрахувати:

1) коефіцієнт внутрішнього тертя η за формулою (18.2);

2) густину повітря ρ за формулою (18.4);

3) середню арифметичну швидкість молекул повітря за формулою (18.5);

4) довжину вільного пробігу молекул повітря за формулою (18.6);

5) концентрацію молекул повітря n за формулою (18.8);

6) ефективний діаметр молекул повітря σ за формулою (18.9).

 

6. Обчислити похибку визначення коефіцієнта тертя η, вважаючи, що

,

δ - густина води; ρ - густина повітря.

 

 

Контрольні запитання

1. Які явища і чому називаються явищами переносу?

2. Поясніть молекулярно-кінетичний механізм в’язкості.

3. Поясніть фізичний зміст коефіцієнта в’язкості. Назвіть одиниці його вимірювання.

4. Запишіть формулу Пуазейля і поясніть метод визначення коефіцієнта в’язкості η.

5. Що таке довжина вільного пробігу?

6. Що таке ефективний діаметр молекул? Від чого він залежить?

7. Від чого залежить середня арифметична швидкість молекул газу?

8. Як визначається концентрація молекул газу?

 

Лабораторна робота № 19

 

Визначення коефіцієнта внутрішнього тертя рідини

Мета роботи - експериментальне визначення коефіцієнта внутрішнього тертя рідини двома методами: Стокса і Оствальда.

 

І. Метод Стокса

На тверду кульку у в’язкій рідині діють три сили: сила тяжіння , виштовхуюча сила , сила опору рухові (рис. 19.1).

;

,

де ρ₁ - густина рідини; ρ - густина кульки.

 

Стокс теоретично показав, що при падінні кульки в безмежній рідині, якщо при цьому не виникає завихрень (падіння маленької кульки з малою швидкістю), сила тертя, яка діє на неї, виражається формулою

,

де υ_o. - швидкість падіння кульки; η - коефіцієнт тертя; r - радіус кульки.

 

При русі кульки шар рідини, що межує з її поверхнею, прилипає до неї і рухається із швидкістю кульки. Найближчі суміжні шари рідини також починають рухатися. Одержувана ними швидкість тим менша, чим далі вони знаходяться від кульки. Таким чином, при обчисленні опору середовища необхідно враховувати тертя окремих шарів рідини між собою, а не тертя між кулькою і рідиною.

 

У випадку падіння кульки всі сили спрямовані по вертикалі: сила тяжіння - донизу; виштовхуюча сила та сила опору – догори. Сила опору f із збільшенням швидкості зростає. Отже, з часом кулька досягає такої швидкості, при якій всі три сили будуть врівноважені. Такий рух називається стаціонарним. При цьому кулька рухається по інерції з постійною швидкістю υ_o.

 

Для цього випадку маємо:

;

;

.(19.1)

Розв’язуючи рівняння (19.1) відносно коефіцієнта внутрішнього тертя η, одержуємо:

, (19.2)

 

де S - шлях, який кулька пройшла за τ секунд.

Реалізувати падіння кульки в безмежному середовищі практично неможливо, оскільки рідина завжди міститься в якій-небудь посудині, що має стінки. Урахування наявності стінок при русі кульки вздовж осі циліндра приводить до виразу

,

де D - діаметр поперечного перерізу циліндра; d - діаметр кульки.

 

Коефіцієнт внутрішнього тертя залежить від температури. У зв’язку в цим, записуючи значення коефіцієнта внутрішнього тертя досліджуваної рідини, необхідно вказувати температуру. Температура повинна бути виміряна з точністю до 0,5° С, оскільки. поблизу 20° С зміна температури на 1° С викликає зміну коефіцієнта внутрішнього тертя на 6 %.

 

Обладнання: прилад Стокса; свинцева кулька; мікрометр; масштабна лінійка; секундомір.