5.Определение вязкости методом Стокса. Методические указания для студентов лабораторная работа Тема Определение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса

• Название: Методические указания для студентов лабораторная работа Тема Определение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса
• Дата: 23.05.2023
• Размер: 60 Kb.
• Имя файла: 5.Определение вязкости методом Стокса.doc
• Тип: Методические указания; #1152588

Государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Новосибирский государственный медицинский университет»

Министерства здравоохранения Российской Федерации

(ГБОУ ВПО НГМУ Минздрава России)

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой

Математики

Постникова О. А.________

«___» ___________ 20 г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

Лабораторная работа
Тема: «Определение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса»

Дисциплина Биофизика

Регистрационный №___

Экземпляр №___

Цель работы: изучение движения тел в вязкой жидкости и измерение коэффициента вязкости.
Приборы и принадлежности:

1. 
   Цилиндрический сосуд;
   
2. 
   Шарики стальные
   
3. 
   Секундомер
   
4. 
   Линейка
   
5. 
   Штангенциркуль или микрометр
   
6. 
   Ареометр
   

Теория

Вязкость или внутреннее трение – свойство жидкостей (или газов) оказывать сопротивление перемещению одного слоя жидкости относительно другого. Силы внутреннего трения направлены по касательной к поверхности слоев; на слой, движущийся быстрее, со стороны слоя, движущегося медленнее, действует тормозящая сила. Эти силы возникают за счет передачи импульса от одного слоя жидкости (газа) другому. Вязкость жидкостей объясняется действием сил притяжения между молекулами и проявляется в торможении движущихся в жидкости тел, в появлении сопротивления при помешивании жидкости и т.д.

Определение вязкости жидкости методом Стокса основывается на измерении скорости падения тел сферической формы в вязкой жидкости. При движении тела в вязкой жидкости возникает сила сопротивления, обусловленная вязкостью жидкости. Слои жидкости с разной скоростью увлекаются движущимся телом, между ними возникает сила трения. Стокс эмпирически установил, что при движении тела сферической формы в вязкой жидкости возникает сила трения, которая прямо пропорциональна скорости движения, коэффициенту вязкости и линейным размерам тела, т.е.

F_тр=6rv , (1)

где  –коэффициент вязкости,

r –радиус шарика,

v – скорость его движения.

Кроме силы сопротивления, на шарик, движущийся в вязкой жидкости, действует сила тяжести и выталкивающая сила, равная весу вытесненной жидкости. Сила тяжести направлена вниз, равна:

P = mg = 4/3r³_шg , (2)

где r – радиус шарика,

_ш – плотность вещества шарика.

Сила выталкивающая (архимедова) равна:

F_A = 4/3r³_жg , (3)

где _ж – плотность жидкости.

При движении шарика силы P и F_A остаются постоянными.

Сила сопротивления в начале движения очень мала и шарик движется ускоренно. С увеличением скорости сила сопротивления возрастает и наступает такой момент, когда движение шарика становится равномерным. При этом

P = F_A + F_тр

или

4/3r³_шg = 4/3r³_жg + 6rv

Отсюда коэффициент вязкости равен:



Учитывая, что v = l/t, можно записать:

(4)

Для определения коэффициента вязкости используют цилиндрический сосуд с исследуемой жидкостью. В данном случае используется бюретка, закрытая с нижнего конца. На ней нанесены две метки. Верхняя метка соответствует высоте, на которой силы уравновешивают друг друга.
Порядок выполнения работы:

1. 
   Определяют плотность исследуемой жидкости ареометром
   
2. 
   Штангенциркулем измеряют диаметры шариков. Каждый шарик измеряют не менее трёх раз.
   
3. 
   Измеряют расстояние между двумя метками.
   
4. 
   Бросают шарик в сосуд с исследуемой жидкостью и по секундомеру определяют время перемещения его между двумя метками. Бросать шарик следует так, чтобы он падал по оси сосуда.
   

Работу выполняют со стальными шариками. Плотность стали равна 7800 кг/м³. Время перемещения для каждого шарика определяют не менее трёх раз.
Используя формулу (4), вычисляют коэффициент вязкости по результатам, полученным для каждого шарика. Из трёх значений коэффициента находят его среднее арифметическое значение.
Результаты измерений заносят в таблицу 1.
Таблица 1

	№ изм.	r (м)	ρш(кг/м3)	ρж(кг/м3)	l (м)	t (c)	(Па∙с)
1 шарик	1 2 3 среднее
2 шарик	1 2 3 среднее
3 шарик	1 2 3 среднее

Контрольные вопросы:

1. 
   Причины возникновения трения в жидкости.
   
2. 
   Коэффициент вязкости жидкости; от чего он зависит. Единицы измерения вязкости.
   
3. 
   Методы определения вязкости жидкости.
   
4. 
   Формула Ньютона для силы вязкого трения.
   
5. 
   Вывод формулы коэффициента вязкости по методу Стокса.
   
6. 
   От каких величин зависит скорость падения шарика в жидкости?
   
7. 
   Как изменится скорость при увеличении диаметра шарика вдвое?