Определение коэффициента вязкости жидкости. Лаба механика 13. Лабораторная работа 13 По дисциплине Физика (наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
 Скачать 103.88 Kb.
|
|
ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ  МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра общей и технической физики ОТЧЁТ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13 По дисциплине Физика (наименование учебной дисциплины согласно учебному плану) Тема работы: Определение коэффициента вязкости жидкости Выполнил: студент группы БТБ-22 Уметбаева Э.А. (шифр группы) (подпись) (Ф.И.О.) Проверил: (должность) (подпись) (Ф.И.О.) Санкт-Петербург 2023 Цель работы Определить коэффициент вязкости жидкости методом Стокса. Краткое теоретическое содержание А) Явление, изучаемое в работе: явление переноса импульса или свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одного слоя вещества относительно другого. Б) Определения основных физических величин и понятий Вязкость – свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одного слоя вещества относительно другого. Коэффициент вязкости – это величина, используемая для обозначения силы внутреннего трения текучих веществ. Пусть какой-либо слой жидкости или газа течет со скоростью (рис.1), а слой, отстоящий от него на расстоянии у, со скоростью +. Скорость при переходе от слоя к слою изменяется на величину . Отношение /у характеризует быстроту изменения скорости и называется градиентом скорости.  Рисунок 1. Течение слоёв жидкости (газов) В) Законы и соотношения, использованные при выводе расчетной формулы: Закон Ньютона для внутреннего трения: Механизм возникновения внутреннего трения между параллельными слоями газа (жидкости), движущимися с различными скоростями, заключается в том, что из-за хаотического теплового движения происходит обмен молекулами между слоями, в результате чего импульс слоя, движущегося быстрее, уменьшается, движущегося медленнее - увеличивается, что приводит к торможению слоя, движущегося быстрее, и ускорению слоя, движущегося медленнее. Сила внутреннего трения между двумя слоями газа (жидкости) подчиняется закону Ньютона.  (1), где  - градиент скорости, с-1;S - площадь соприкосновения слоев, м2;  - коэффициент вязкости жидкости, Па с.Закон Стокса: сила сопротивления, испытываемого твердым шаром при его медленном поступательном движении в неограниченной вязкой жидкости, равна  (2), где  - радиус шарика, м; - скорость шарика, м/с.Закон Архимеда: на тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая или подъёмная сила, равная весу объёма жидкости или газа, вытесненного частью тела, погружённой в жидкость или газ.  (3), где  - ускорение свободного падения, м/с2;ж - плотность жидкости, кг/м3. Закон Всемирного тяготения: Все тела взаимодействуют друг с другом с силой, прямо пропорциональной произведению масс этих тел и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.  (4)Из него вытекает сила тяжести:  (5), где - плотность шарика, кг/м3;  - масса шарика, кг;V - объём шарика, м3. Схема установки         Рисунок 2. Схема установки и силы, действующие на шарик, падающий в жидкости Пояснения На шарик действуют три силы: сила тяжести Р (рис.2), направленная вниз; сила внутреннего трения Fтр и выталкивающая сила Fв, направленные вверх. Шарик сначала падает ускоренно, но затем очень быстро наступает равновесие, т.е.  , так как с увеличением скорости растет и сила трения. Движение становится равномерным.Основные расчётные формулы Коэффициент вязкости жидкости  (6), где - коэффициент вязкости жидкости, Па с; - радиус шарика, м; - скорость падения шарика в жидкости, м/с; - ускорение свободного падения, м/с2; - плотность шарика, кг/м3; ж - плотность жидкости, кг/м3. Скорость шарика, движущегося в жидкости  (7), где - скорость падения шарика в жидкости, м/с; l  - расстояние, на котором замерялась скорость шарика, м;t - время преодоления шариком расстояния l, с. Радиус шарика  (8), где r - радиус шарика, м; d - диаметр шарика, м. Среднее значение коэффициента вязкости жидкости  (9), где   - среднее значение , Па с;n - количество измерений. Погрешности прямых измерений Абсолютная погрешность радиуса r = 0,0001 м Абсолютная погрешность секундомера t = 0,1 с Абсолютная погрешность измерительной ленты l = 0,01 м Абсолютная погрешность термометра Т = 0,1 ˚С Погрешность косвенных измерений Абсолютная погрешность косвенных измерений коэффициента вязкости  (10)Относительная погрешность косвенных измерений  (11), где  - средняя абсолютная погрешность измерения коэффициента вязкости; - среднее арифметическое значение коэффициента вязкости.Результаты измерений Таблица 1.
Пример расчёта для первого опыта     Погрешности косвенных измерений Абсолютная погрешность косвенных измерений   Средняя абсолютная погрешность измерений  Относительная погрешность измерений  Сравнительная оценка результата Теоретическое значение коэффициента вязкости касторового масла  =  Расхождение теоретического и экспериментального значений  Окончательный результат  Вывод В ходе проделанной лабораторной работы был определен коэффициент вязкости жидкости (касторового масла) методом Стокса, равный  что при температуре, равной Т = 22,5 ˚С, не соответствует табличному значению касторового масла (=0,795 Па*с) при данной температуре на 44%.Возможные причины расхождения полученного результата с эталоном: малое количество опытов, неточность прибора, нарушение правил измерения экспериментатора, например, неправильным положением глаз относительно отметок на приборе, запаздыванием снятия показаний. |
, 
