1598082693-e3787639078e96e50c3966ede45dfece (805679), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Каков егофизический смысл?3. Как в данной работе создается разность давлений на концах капилляра?4. В чем суть метода Пуазейля?5. Каково молекулярно-кинетическое толкование внутреннего трения в газах?6. Какое течение газа называют ламинарным?7. Сформулировать закон Ньютона для внутреннего трения.1Лабораторная работа № 17ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВНУТРЕННЕГОТРЕНИЯ ЖИДКОСТИ ПО МЕТОДУ СТОКСАЦель работы: экспериментальное определение коэффициента внутреннего тренияжидкости.

В работе используется метод Стокса, в соответствии с которым изучаетсяпадение шарика небольших размеров в вязкой жидкости. При движении тела в жидкости или газе на него действует сила сопротивления Fc (рис. 1). Если скорость тела неслишком велика, то сила сопротивления практически полностью обусловлена внутренним трением в пограничных с телом слоях жидкости.1. Описание установки и метода измеренийНа рис. 2 показаны силы, действующие на шарик при его движении в одной из испытуемых жидкостей, mg– сила тяжести, FА – сила Архимеда и Fс – сила сопротивления. Стокс теоретически показал, что сила сопротивления, действующая на тело шарообразной формы, которое движется поступательно в жидкости со скоростью v0, по абсолютной величине равнаFc  6rv0 ,(1)где η – коэффициент внутреннего трения жидкости, r – радиус шарика.Рис.

1Рис. 2Формула Стокса (1) справедлива лишь при столь малых скоростях v0 тела, чтоv0rρ1/η  1, где ρ1 – плотность жидкости. В начале своего падения в данной среде ша-2рик движется с ускорением, так как на него действует равнодействующая сила, отличная от нуля и направленная по вертикали внизFравн  mg  FА  Fс .(2)Движущийся с ускорением шарик увлекает за собой слои жидкости. Ближайший изних как бы прилипает к шарику и имеет скорость, равную скорости самого шарика.Между слоями жидкости, движущимися с различными скоростями v, непрерывно происходит обмен молекулами, обусловленный их тепловым движением.

Быстрый слойускоряет медленный, который в свою очередь тормозит быстрый. Осуществляется перенос импульса в направлении, перпендикулярном вектору v, в сторону убывания численного значения скорости. Взаимодействие слоёв между собой описывается силой сопротивления Fс.По мере увеличения скорости шарика растет численно и сила сопротивления Fс, вто время как сила mg и FА остаются постоянными. Поэтому наступает момент, когдашарик начинает двигаться равномерно с установившейся скоростью v0. Сумма всехсил, действующих на шарик, становится равной нулю, т.

е.Fс  mg  FА ,(3)где m – масса шарика, g – ускорение силы тяжести, FA = M1g – сила Архимеда (М1 –4масса испытуемой жидкости в объеме шарика V), M 1  1 r 3 .3Подставляя в выражение (3) значения Fс, mg и FA ,получаем46rv0  g (m  M 1 )  gV (   1 )  g r 3 (   1 )3или2 r 2 (   1 ) g.9v0(4)Таким образом, экспериментально найдя значение установившейся скорости v0,измерив радиус шарика, при известных величинах плотности материала шарика ρ и испытуемой жидкости ρ1 по формуле (4) можно рассчитать коэффициент внутреннеготрения этой жидкости.Испытуемая жидкость заполняет стеклянный плоскодонный цилиндр. Цилиндрприкрыт пробкой с осевым отверстием, сквозь которое шарик попадает в испытуемуюжидкость. Диаметр шарика предварительно измеряется с помощью микроскопа.3Микроскоп имеет окулярный микрометр, цена деления которого указана на приборе.

На установке имеется линейка, по которой могут перемещаться указатели В – верхний и Н – нижний. С помощью указателей В и Н измеряется расстояние l, проходимоешариком при равномерном движении шарика с установившейся скоростью. Время падения шарика τ между указателями В и Н измеряется секундомером. Скорость движения шарика вычисляется по формулеv0 l.На установке смонтированы два цилиндра с различными жидкостями. Выбор жидкости для исследования – по указанию преподавателя.2.

Порядок выполнения работы1. Записать температуру опыта по термометру, имеющемуся в лаборатории.2. Записать данные установки (ρ и ρ1).3. Измерить диаметры шариков под микроскопом. Измерение для каждого шарикапроизвести не менее трех раз. Данные занести в табл. 1. Для расчетов по формуле (4)воспользоваться средним значением радиуса шарика r .4.

Установить указатели В и Н на расстоянии l = 30 см друг от друга, при этомверхний указатель В должен быть ниже уровня жидкости в цилиндре не менее чем на5 см.5. Включить установку. При этом должна загореться подсветка.6. Проверить, находится ли стрелка секундомера на нуле.7. Опустить шарик в цилиндр с испытуемой жидкостью.8. Включить секундомер в момент прохождения шариком верхнего указателя В.9. Выключить секундомер в момент прохождения шариком нижнего указателя Н.Записать значение τ и вновь установить стрелку секундомера на нуль.10. Повторить пп. 7-9 для каждого шарика и записать l и τ в табл. 2.

По согласованию с преподавателем расстояние l в этих опытах можно изменять с помощью указателя В и Н.3. Обработка результатов измеренийУсловия проведения опытаТемпература опыта t = ……, T = ……4Данные установкиПлотность материала шарика ρ =……Плотность жидкости ρ1 = …… (см. приложение)1. ИЗМЕРЕНИЕ РАДИУСА ШАРИКА ПОД МИКРОСКОПОМТаблица 1№шарика1d1r1d2r2d3r3ririri22345Находим среднее значение r:3rrii 13.Для одной из серии из трёх измерений находим Δrсл:3d сл  4,3rинс  di 13 22i; Δdинс = ...;d инс  , r  r  r , Р = 0,95.22. ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯТаблица 2№ п/п12345l, см, сv0jηjΔlинс =Δинс =Δсл =3. Рассчитать коэффициент внутреннего трения жидкости по данным пяти опытов:552 r 2 (   1 ) g; j 9 v0 j j 15j.Для того чтобы можно было пренебречь погрешностью величины g, следует в расчетахиспользовать значение g = 9,8156 м/с2.4.

Рассчитать абсолютную погрешность Δη для одной из серий измерений из формулы  j  j22222r  4   (  )  ( 1 )   v0  ,2(   1 ) r  v0 где222 v0   l          . v0   l    5. Окончательный результат измерений записать в форме     , t = ..., Т = ...6. Убедиться в справедливости применения формулы Стокса (1) проверкой соотношения v0rρ1/η << 1.

Сделать вывод о корректности проведения эксперимента.Контрольные вопросы1. Какие силы действуют на шарик при его движении в жидкости?2. При каких условиях движение шарика в жидкости является установившимся?3. Сформулировать закон Ньютона для внутреннего трения.4. Дать определение коэффициента внутреннего трения (вязкости).5.

Как зависит коэффициент внутреннего трения жидкости от температуры?6. Написать формулу, используемую в данной работе для расчета коэффициентавнутреннего трения.7. В каких единицах измеряется коэффициент внутреннего трения?8. Почему внутреннее трение относится к явлениям переноса?9. Какова природа сил внутреннего трения в газах и жидкостях?6Приложениеt, °CКасторовое масло,кгм3,кгм сВазелиновое масло,кгм3,кгм с15962,71,940882,14,0510-316962,01,780881,53,7810-317961,41,640880,83,5710-318960,71,520880,13,5510-319960,01,400879,53,1610-320959,41,300878,83,0010-321958,71,210878,02,8310-322958,01,120877,42,6810-323957,41,040876,72,5310-324956,70,960876,02,3910-325956,00,880875,42,2510-3.

Характеристики

Список файлов книги