Хар. Котлов. Лабораторная работа 1 определение вязкости жидкости цель работы

• Название: Лабораторная работа 1 определение вязкости жидкости цель работы
• Анкор: Хар. Котлов
• Дата: 24.12.2021
• Размер: 32.93 Kb.
• Имя файла: Ãèäðàâëèêà 1.docx
• Тип: Лабораторная работа; #317364

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ

Цель работы: определить динамическую и кинематическую вязкости жидкости методом Стокса (метод падающего шарика).

Приборы и принадлежности: цилиндрический сосуд с исследуемой жидкостью, штангенциркуль, секундомер, масштабная линейка, шарики.

Общие сведения

Вязкость - важная физико-химическая характеристика веществ. Вели­чина, обратная вязкости, называется текучестью. Её необходимо учитывать, например, при перекачке жидкостей и газов по трубопроводам, разливке расплавленных металлов, смазке машин и механизмов. В медицине вяз­кость крови определяет состояние организма - в норме или при патологии.

Динамическая вязкость – характеристика вещества, численно равная силе трения, возникающей между двумя слоями жидкости площадью по 1 м² каждый при градиенте скорости, равном 1м/с на метр. Размерность динамической вязкости (µ)=(Па*с). В некоторых случаях принято пользоваться так называемой кинематической вязкостью, равной динамической вязкости жидкости, деленной на плотность жидкости, м²/с:

ν=µ/ρ

Описание лабораторной установкой

Для определения вязкости жидкости по методу Стокса берётся высо­кий цилиндрический сосуд с исследуемой жидкостью (рис. 1). На сосуде имеются две кольцевые метки А и В, расположенные на расстоянии lдруг от друга. Расстояние между метками можно изменять. Уровень жидкости должен быть выше верхней метки на l₀ = 4...5 см, чтобы к моменту про­хождения шарика мимо верхней метки его скорость можно было считать установившейся.

Бросая шарик в сосуд, отмечают по секундо­меру время tпрохождения шариком расстояния l = АВ между двумя метками. Вязкость определяется по следующей формуле:

(1)

У равнение (1) справедливо лишь тогда, когда шарик падает в безграничной среде. Если шарик падает вдоль оси трубки радиусом R₀, то приходит­ся учитывать влияние боковых стенок. Поправки в формуле Стокса для такого случая теоретически обосновал Ладенбург.

При падении шарика радиусом r в цилиндрической трубе радиусом R₀, высотой учет влияния границ дает:

(2)

Таким образом, зная плотности материала шарика и жидкости, радиусы шарика и сосуда, скорость установившегося движения шарика, по формуле (2) можно вычислить динамическую вязкость жидкости.

Порядок выполнения работы:

1. Взять данные по плотности ма­териала шарика р и исследуемой жидкости р₀ (при необходимости из­мерить плотность жидкости с помощью ареометра). Занести полученные данные в табл. 1.

2.Установить расстояние от уровня жидкости до верхней метки l₀ не менее 40 мм, а расстояние между метками l= 200...400 мм. Измерить внутренний радиус сосуда R_o и расстояние между метками на сосуде. Все измеренные данные записать в табл. 1.

3. Отобрать 10 шариков. Измерить диаметры шариков dс помощью штангенциркуля. Результаты измерений занести в табл. 2.

4.Отпустить один шарик в цилиндр с жидкостью, как можно ближе к его оси (в случае образования пузырьков воздуха на поверхности шарика не­обходимо взять другой шарик и повторить данный опыт). В момент прохо­ждения шарика мимо верхней метки включить секундомер и остановить его в момент прохождения шариком нижней метки. В процессе наблюдения за шариком, в момент прохождения им метки, глаз должен находиться на одном уровне с меткой. Результаты измерения времени занести в табл. 2.

5. Повторить эксперимент с остальными шариками. Результаты из­мерений времени падения шариков между метками с точностью до 0,2 с занести в табл. 2.

Таблица 1. Данные по лабораторной установке исследуемой жидкости

Жидкость	-
Плотность жидкости, р0	кг/м3
Плотность материала шарика,	кг/м3
Радиус сосуда, R0	м
Расстояние между метками, l	м

Таблица 2. Опытные данные и результаты расчета вязкости

№ п/п	Линейные размеры шарика		Время движения шарика t,с	Скорость движения шарика u, м/с	Динамическая вязкость жидкости µ, Па*с
	d, мм	r, мм
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Среднее значение динамической вязкости , Па*с
Среднеквадратическое отклонение результатов измерений
Динамическая вязкость ∆𝜇= , Па*с
Кинематическая вязкость ν, м2/с

Контрольные вопросы

1.Что характеризуют динамическая и кинематическая вязкости?

2. Как зависят от температуры вязкости большинства жидкостей?

3. Какой безразмерный комплекс определяет характер обтекания твёрдого тела жидкостью?

4. Напишите и поясните выражение для силы Стокса и силы Архи­меда.

5. Какие силы действуют на шарик, падающий в вязкой жидкости? Как эти силы связаны между собой в случае установившегося движения?

6. Почему из расчётов следует исключить данные, полученные в слу­чае падения шарика с прилипшими к нему пузырьками воздуха?

7. Влияют ли размеры сосуда, в котором находится жидкость, на ве­личину силы сопротивления трению, действующей на тело, движущееся в этой жидкости? Если да, то почему?