Цель работы: изучение явления вязкости и ознакомление с одним из простых методов косвенного измерения коэффициента вязкости жидкости.

Ростов-на-Дону

 

 

УДК 531.383

Методические указания к лабораторной работе № 26 “Определение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса”.– Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2007. – 6 с.

 

Содержатся необходимый теоретический материал, сведения о порядке выполнения работы и оформления ее результатов. Предназначены для выполнения лабораторной работы по программе общей физики для студентов всех специальностей.

 

Составители: В.И.Снежков, И.Ф.Бугаян

 

Редактор Н.Е.Гладких

Темплан 2007 г., поз. 160

Подписано в печать 29.01.07.

Формат 60х84 1/16.Бумага писчая. Ризограф. Уч.-изд.л. 0,4. Тираж 50 экз. Заказ

Редакционно-издательский центр

Ростовского государственного строительного университета.

344022, Ростов-на-Дону, ул.Социалистическая, 162.

 

© Ростовский государственный

строительный университет, 2007

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 26

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ

МЕТОДОМ СТОКСА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучение явления вязкости и ознакомление с одним из простых методов косвенного измерения коэффициента вязкости жидкости.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: прибор Стокса, металлические шарики, микрометр, секундомер, линейка, воронка, исследуемая жидкость.

I. КРАТКАЯ ТЕОРИЯ И ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Вязкость (внутреннее трение) – это свойство реальных жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой. Благодаря вязкости движение жидкости имеет ламинарный характер. Если в ламинарном потоке скорость убывает в направлении, перпендикулярном направлению движения, то между слоями жидкости происходит передача импульса, что обусловливает возникновение внутреннего трения. Основной закон вязкого течения был установлен Ньютоном: сила внутреннего трения, возникающая в плоскости соприкосновения двух скользящих относительно друг друга слоев жидкости, пропорциональна площади их соприкосновения DS и градиенту скорости Dv/Dx.

F = -h (Dv/Dx) DS,

h - коэффициент внутреннего трения (вязкость) выражается в килограммах на метр-секунду [кг/(м с)] или Па с, или Н с/м².

Вязкость численно равна силе внутреннего трения, действующей на 1 м² площади соприкосновения параллельно движущихся слоев жидкости при градиенте скорости ¾ 1 с^-1.

На практике для определения коэффициента вязкости часто пользуются методом Стокса, основанным на наблюдении движения металлического шарика малого диаметра в исследуемой жидкости. Жидкость наливают в высокую прозрачную трубку и сверху опускают в нее шарик. Шарик при своем падении увлекает прилежащие к нему слои жидкости, молекулы которых, обмениваясь импульсами с молекулами соседних слоев жидкости, приводят их в движение.

Скорость увлекаемых шариком слоев жидкости с удалением от шарика быстро убывает и, если ширина трубки существенно больше диаметра шарика, движением жидкости вблизи стенки трубки можно пренебречь. В этом случае можно считать, что шарик тормозится только жидкостью. Величина силы торможения равномерно движущегося в жидкости шара была найдена Стоксом:

F = 6phrv, p = 3,14, где h - коэффициент вязкости, r – радиус шарика, v – скорость шарика.

 

 

II. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Установите прибор Стокса по отвесу с помощью регулировочных винтов (см. рисунок).

1. Установите кольца 2 на трубе прибора. Нижнее кольцо установите вблизи основания трубки, а верхнее примерно на 10 см ниже уровня жидкости.

 

3. Измерьте диаметр d шарика с помощью микрометра. Определите

абсолютную Dd и относительную dd ошибки его

измерения.

4. Измерьте расстояние L между кольцами на

F_A 2 трубке с помощью линейки. Найдите ошибки его

F_C измерения DL и dL

5. Измерьте время падения шарика между кольцами

L на трубке не менее пяти раз. Найдите среднее время

mg <t> падения шарика, абсолютную Dt и относительную dt

ошибки его измерения.

6. Результаты измерения d, L и t и расчета их ошибок

2занесите в таблицы 1 и 2.

Таблица 1

d	Dd	dd	L	DL	dL

Таблица 2

t1	t2	t3	t4	t5	tср	Dt	dt

 

 

7. Вычислите коэффициент вязкости по формуле (6), используя табличные данные для плотностей вещества r шарика и жидкости.

8. Вычислите относительную и абсолютную погрешности коэффициента вязкости по формулам:

dh = Ö(dd)² + (dt)² + (dL)²;

Dh = h dh.

8. Запишите полученное значение коэффициента вязкости в отчет.

 

III. К О Н Т Р О Л Ь Н Ы Е В О П Р О СЫ

1. Какова природа вязкостного трения?

2. Каков физический смысл коэффициента вязкости?

3. При каких условиях выполняется формула Стокса?

 

 

4. Почему верхнее кольцо устанавливается ниже уровня жидкости?

5. Как зависит коэффициент вязкости у жидкостей и газов от температуры?

 

IV. ЛИТЕРАТУРА

1. Майсова Н.Н. Лабораторный практикум по курсу общей физики. – М.: Высшая школа, 1970.

2. Трофимова Т.И. Курс физики.- М.: Высшая школа, 1989.

 

	Закон Ньютона для силы внутреннего трения
А	rv2/2 + р = const
Б	V = pR4Dpt/(8hl)
В	F = -h DvDS/Dx
Г	Grad v = Dv/Dx
	Закон Пуазейля
А	Grad v = Dv/Dx
Б	V = pR4Dpt/(8hl)
В	rv2/2 + р = const
Г	F = -h DvDS/Dx
	При каких условиях выполняется правило Стокса?
А	В неоднородной жидкости
Б	При изменении температуры жидкости
В	При изменении температуры жидкости
Г	При действии только силы тяжести
	Какова природа вязкого трения?
А	Гравитационное взаимодействие
Б	Обмен импульсами между скользящими слоями жидкости
В	Определяется потенциальной энергией слоя жидкости
Г	Определяется броуновским движением частиц жидкости
	Как зависит коэффициент вязкости у жидкостей от температуры?
А	Коэффициент вязкости увеличивается
Б	Коэффициент вязкости уменьшается
В	Коэффициент вязкости не зависит от температуры
Г	Коэффициент вязкости изменяется скачком
	Определение ламинарного течения жидкости
А	Интенсивное смешение жидкости
Б	Возникновение вихрей жидкости
В	Тонкий слой жидкости скользит относительно соседних, не перемешиваясь с ними
Г	При больших числах Рейнольдса
	Сила сопротивления Стокса
А	V = pR4Dpt/(8hl)
Б	F = -h DvDS/Dx
В	F = 6phrv
Г	rv2/2 + р = const