Дата Фамилия Группа
Лабораторная работа №7
I.Название работы:
Определение коэффициента внутреннего трения жидкостей
Цель работы:
Определение коэффициентов внутреннего трения моторного масла и глицерина методом Стокса.
II.Краткое теоретическое обоснование:
При движении вязкой жидкости между ее слоями, движущимися с различной скоростью, возникают силы трения. Эти силы направлены по касательной к поверхности слоев и получили название сил внутреннего трения. Сила внутреннего трения fтем больше, чем больше площадь S соприкасающихся поверхностей и чем больше градиент скорости dv/dx (изменение скорости на единицу длины в направлениинормальном к потоку, при переходе от слоя к слою):
|f|~S(dv/dx)
Для того, чтобы поставить знак равенства между правой и левой частью выражения, нужно ввести коэффициент пропорциональности:
|f|=ηS(dv/dx)
отсюда
η=|f|/ S(dv/dx) (3)
Величина η получила название коэффициента внутреннего трения жидкости или вязкости.
Используя выражение (3), можем определить коэффициент внутреннего трения как силу внутреннего трения, приходящуюся на единицу площади при единичном градиенте скорости.
Можно дать и иное определение коэффициента внутреннего трения. Каждая молекула жидкости участвует в упорядоченном движении слоя и в тепловом (хаотическом) движении. Переходя из слоя в слой, она переносит с собой то количество направленного движения (импульс) которое она имела в слое. Кроме того, происходит передача направленного количества движения путем ряда последовательных соударений молекул друг с другом. Таким образом, при стационарном (установившемся) движении должен существовать общий поток количества движения (поток импульса), направленный из слоя с большей скоростью в слой с меньшей скоростью.
Из опыта установлено, что количество движения dK, переносимое через поверхность Sраздела слоев, движущихся с различной скорость, пропорционально площади S,градиенту скорости и времени dτ, т.е.
dK=η(dv/dx)Sdτ (4)
Из (4) коэффициент внутреннего трения можно определить как физическую величину, численно равную количеству движения, которое переносится в единицу времени через единичную площадку при градиенте скорости, равном единице. В самом деле, если в выражении (4) S=1; dτ=1; (dv/dx)=1, то dK=η.
Коэффициент внутреннего трения является одной из физических характеристик жидкости, эта величина показывает, как сильно данная жидкость отличается от идеальной.
Определим размерность величины η:
[η]=[f]/[S(dv/dx)]=((ML)/T2)/(L2(L/(TL)))=M/(LT)
III.Рабочие формулы и единицы измерения.
η=2/9r2gt((ρ1- ρ2)/l) [г/см·с]
IV.Схема установки.
V.Измерительные приборы и принадлежности.
1. Установка с двумя цилиндрическими трубками, наполненными разными жидкостями
2. Три шарика
3. Секундомер
4. Измерительная линейка
VI.Результаты измерения.
| Порядок измерения | t, 0C | l, см | t, c | Радиус шарика | ρ , г/см3 | ρ 1, г/см3 | η ηср ∆η, | |
| г/см•с | ||||||||
| глицерин | 6,02 | 0,2 | 11,3 | 1,26 | 0,1316=0,1341± 0,0002 | |||
| 6,15 | 0,2 | 11,3 | 1,26 | 0,1345=0,1341± 0,0002 | ||||
| 6,23 | 0,2 | 11,3 | 1,26 | 0,1362=0,1341± 0,0002 | ||||
| Моторное масло | 1,67 | 0,2 | 11,3 | 0,83 | 0,0380=0,0387± 0,0011 | |||
| 1,69 | 0,2 | 11,3 | 0,83 | 0,0385=0,0387± 0,0011 | ||||
| 1,73 | 0,2 | 11,3 | 0,83 | 0,0394=0,0387± 0,0011 |
VII. Черновые записи и вычисления.
η1=2/9·(0,2)2·9,8·((11,3-1,26)/40)·6,02=0,1316 ηср= (η1+ η2+ η3)/3=0,1341 [г/см·с]
η2=2/9·(0,2)2·9,8·((11,3-1,26)/40)·6,15=0,1345 ∆ηср=0,0002
η3=2/9·(0,2)2·9,8·((11,3-1,26)/40)·6,23=0,1362
η1=2/9·(0,2)2·9,8·((11,3-0,83)/40)·1,67=0,0380 ηср= (η1+ η2+ η3)/3=0,0387 [г/см·с]
η2=2/9·(0,2)2·9,8·((11,3-0,83)/40)·1,69=0,0385 ∆ηср=0,0011
η3=2/9·(0,2)2·9,8·((11,3-0,83)/40)·1,73=0,0394
VIII. Основные выводы.
Мы определили коэффициенты внутреннего трения моторного масла и глицерина с помощью метода Стокса.
