Маятник обербека. физика лаба1. Исследования движения тел в диссипативной среде Приборы и принадлежности
 Скачать 305.5 Kb.
|
|
Исследования движения тел в диссипативной среде Приборы и принадлежности: сосуд с исследуемой жидкостью, шарики большой плотности, чем плотность жидкости, секундомер, масштабная линейка. Цель работы: изучение движения тела в однородном силовом поле при наличии сопротивления среды и определение коэффициента трения (вязкости) среды. Исследуемые закономерности. На достаточно маленький твердый шарик, падающий в вязкой жидкости, действуют три силы: 1). Сила тяжести  (1)Где R - радиус шарика;  - плотность шарика;2). Выталкивающая сила ( сила Архимеда )  (2)где  - плотность жидкости;3). Сила сопротивления среды ( сила Строкса )  (3)Где  - вязкость жидкости;  - скорость падения шарика.Формула (3) применима к твердому шарику, окруженному однородной жидкостью, при условии, что скорость шарика невелика и расстояние до границ жидкости значительно больше, чем диаметр шарика. Результирующая сила  (4)В нашем случае, при  , пока скорость невелика, шарик будет падать с ускорением. По достижении определенной скорости  , при которой результирующая сила обращается в нуль, движение шарика становится равномерным. Скорость равномерного движения можно определить из условия: (5)Время, за которое тело могло бы достичь стационарной скорости , двигаясь с начальным ускорением  *, называют временем переходного процесса (или временем релаксации  ) (смотри рисунок).Временная зависимость  на всех этапах движения описывается выражением (6)Определив установившуюся скорость равномерного падения шарика, можно из соотношения (5) найти коэффициент вязкости жидкости (7)или  (8)Где D - диаметр шарика;  - его масса.Коэффициент численно равен силе трения между соседними слоями при единичной площади соприкосновения слоёв и единичном градиенте скорости в направлении, перпендикулярном слоям. Единицей вязкости служит  .В установившемся режиме движения сила трения и сила тяжести ( с учётом силы Архимеда ) равны друг другу и работа силы тяжести переходит целиком в теплоту. Диссипация энергии за 1 с ( мощность потерь ) находят как   , таким образом (9)Методика эксперимента Телом, движение которого наблюдают, служит шарик (D<5мм), а средой - вязкие жидкости. Жидкость наполняет цилиндрический сосуд с двумя поперечными метками на разных уровнях. Измеряя время падения шарика на пути  от одной метки до другой, находят его среднюю скорость. Найденное значение можно отождествить с установившейся  , если расстояние от верхней метки до уровня жидкости превышает путь релаксации  (смотри рисунок). Масса шарика определяется взвешиванием на аналитических весах.Обработка результатов
l=0.2 Вычислим скорость прохождения шарика между слоями в сосуде  ,  :1. V = 0,2/30 = 0,00666666666666667 2. V = 0,2/15 = 0,01333333333333333 3. V = 0,2/12 = 0,01666666666666667 4. V = 0,2/9 = 0,02222222222222222 5. V = 0,2/7 = 0,0265714286714286 Определим вязкость среды (через диаметр), зная, что  кг/м3, а кг/м3  ,  1.  m:=0,025 2.m:=0,075  3. m:=0,125  4.m:=0,150  5. m:=0,025  Вычисляем вязкость среды по формуле ,  :1.  2.  3.  4.  5.  Определим время релаксации:  , где  ,  ,    м/ 1.  2. 3.  4.  5. Расчет мощности потерь: [P]=[Вт] 1.  2.  3.  4.  5.  Полученные значения вязкости жидкости образуют выборку в порядке возрастания
Проверим выборку на наличие грубых погрешностей. Предположим, что промахи исключены. R (размах выборки)=׀  ׀=1.15-1.068=0,082Для N=5 и Р=95% существует  U=׀  ׀/R U=׀1.14-1.11׀/0.082=0.036 U=׀1.15-1.14׀/0.082=0.012 Следовательно, промахов в выборке нет. Рассчитаем среднее выборочное значение:  = 1,1108Вычислить выборочное среднее квадратическое отклонение  0,11 Вычисляем случайную погрешность:  Приборная погрешность:   Окончательный результат:  Вывод: при выполнении лабораторной работы мы изучили движение в диссипативной среде и рассчитали коэффициент внутреннего трения среды. |
кг
с