Лабораторная работа 1. лаба 1. Исследование процессов рассеяния энергии в диссипативной среде
 Скачать 34.99 Kb.
|
|
Цель работы: Определение вязкости диссипативной среды (жидкости) по установившейся скорости движения шарика в ней, а также исследование процессов рассеяния энергии в диссипативной среде. Приборы и принадлежности: цилиндрический сосуд с жидкостью, металлические шарики, аналитические весы, масштабная линейка, секундомер. В работе используется цилиндрический сосуд, на боковой поверхности которого нанесены метки. Измеряя расстояние между метками и время движения шарика в жидкости между ними, можно определить скорость его падения. Шарик опускается в жидкость через впускной патрубок, расположенный в крышке цилиндра. Исследуемые закономерности Сила сопротивления движению в вязкой среде. В вязкой среде на движущееся тело действует сила сопротивления, направленная против скорости тела. Эта сила обусловлена вязким трением между слоями среды и пропорциональна скорости тела  ,где v – скорость движения тела, r – коэффициент сопротивления, зависящий от формы, размеров тела и от вязкости среды . Д  ля шара радиуса R коэффициент сопротивления определяется формулой Стокса При движении тела в вязкой среде происходит рассеяние (диссипация) его кинетической энергии. Слой жидкости, находящийся в непосредственной близости от поверхности движущегося тела, имеет ту же скорость, что и тело, по мере удаления скорость частиц жидкости уменьшается. В этом состоит явление вязкого трения, в результате которого энергия тела передается слоям окружающей среды в направлении, перпендикулярном движению тела. Слой жидкости, находящийся в непосредственной близости от поверхности движущегося тела, имеет ту же скорость, что и тело, по мере удаления скорость частиц жидкости уменьшается. В этом состоит явление вязкого трения, в результате которого энергия тела передается слоям окружающей среды в направлении, перпендикулярном движению тела. Движение тела в диссипативной среде.Движение тела массой m под действием постоянной силы F при наличии сопротивления среды описывается следующим уравнением:  .В данной работе тело движется под действием силы тяжести, уменьшенной в результате действия выталкивающей силы Архимеда, т.е.  ,где с и т – плотности среды и тела, соответственно. Таким образом, уравнение движения преобразуется к виду  .Если начальная скорость движения тела равна нулю, то равна нулю и сила сопротивления, поэтому начальное ускорение  .С увеличением скорости сила сопротивления возрастает, ускорение уменьшается, обращаясь в нуль. Дальше тело движется равномерно с установившейся скоростью v.Аналитическое решение уравнения движения при нулевой начальной скорости выражается формулой  ,где - время релаксации. Соответствующая зависимость скорости движения тела в диссипативной среде от времени представлена на рис. 2.  где h – высота расположения тела над дном сосуда  Передача энергии жидкой среде, окружающей движущееся тело, происходит за счет совершения работы против сил трения. Энергия при этом превращается в тепло, идет процесс диссипации энергии. Скорость диссипации энергии (мощность потерь) в установившемся режиме Рис. 2  .Учитывая, что m/ = r, получим уравнение баланса энергии на участке установившегося движения  . |