Таблица для заполнения результатов8. Определение коэффициента вязкости по методу Стокса

• Название: Определение коэффициента вязкости по методу Стокса
• Дата: 02.05.2022
• Размер: 64.5 Kb.
• Имя файла: Таблица для заполнения результатов8.doc
• Тип: Лабораторная работа; #507681

Лабораторная работа №8

Тема: Определение коэффициента вязкости по методу Стокса

Цель работы:определить коэффициент вязкости глицерина методом Стокса.

Вывод рабочей формулы.Коэффициент вязкости η может быть определен по методу Стокса, который основан на измерении скорости падения в жидкости небольших тел сферической формы.

На шарик, падающий в жидкости, действуют три силы:

1. 
   сила тяжести P=mg=ρVg=43πr3ρg
   
2. 
   сила Архимеда FА=43πr3ρжg
   
3. 
   сила вязкого трения F=6πηrυ
   

где: ρж - плотность жидкости, ρ - плотность шарика, r - радиус шарика, υ - его скорость.

Опуская шарик в вязкую среду, видим, что сначала под действием силы тяжести он будет двигаться ускоренно. По мере увеличения скорости будет возрастать сила, противодействующая движению – сила трения F. При некоторой скорости движения шарика сила тяжести P будет полностью уравновешена силой трения F и выталкивающей архимедовой силой FА. С этого момента движение шарика станет равномерным:

P=FА+F, или 43πr3ρg=43πr3ρжg+6πηrυ,

Откуда η=2(ρ−ρж)gr29υ.                                       (1)

Зная высоту h и время падения шарика, можно определить его скорость:

υ=ht.                                                  (2)

Подставив последнее выражение (2) в формулу (1), получим формулу для определения коэффициента вязкости:

η=2(ρ−ρж)gr2t÷9h.                                        (3)

С помощью микрометра измеряется диаметр шарика, а в таблицу заносится радиус (r=d2), единица измерения метр. В работе используются стальные шарики и глицерин, плотности которых равны: ρш=7890 кг/м3, ρж=1260 кг/м3, соответственно.

Таблица для заполнения результатов ЛР №8

№ опыта	, м	, м	, с	, Па·с	, Па·с	, Па·с	, Па·с	, %
1	0,35	0.93*10^ (−3)	5.1	0.18	0.184	0.004	0.005	2.7
2		1*^10 (−3)	4.4	0.18		0.004
3		0.96*10^ (−3)	4.8	0.18		0.004
4		1.02*10^ (−3)	4.3	0.19		0.006
5		1*10^ (−3)	4.7	0.19		0.006
6		0.93*10^ (−3)	5.2	0.19		0.006
7		1.01*10^ (−3)	4.3	0.18		0.004
8		0.9*10^ (−3)	5.5	0.18		0.004
9		0.95*10^ (−3)	5.0	0.19		0.006
10		0.95*10^ (−3)	4.9	0.18		0.004

Вывод: мы смогли определить коэффициент вязкости глицерина методом Стокса по формуле η=2(ρ−ρж)gr2t÷9h. Затем, мы рассчитали среднее значение коэффициента вязкости и вычислили абсолютную Δη и относительную погрешности ε . Окончательный результат получили в виде η=ηср±Δηср = 0.184±0.005.

Ответы на контрольные вопросы:

1. 
   Что называется вязким трением? От чего зависит сила вязкого трения? Вязким называется трение между твердым телом и жидкой или газообразной средой или ее слоями. Сила вязкого трения зависит от формы и размеров тела, состояния его поверхности, скорости относительно среды и ее свойства, называемого вязкостью.
   
2. 
   Что называется градиентом скорости? Градиент скорости характеризует изменение скорости, приходящееся на единицу длины между слоями в направлении оси y. Градиент скорости показывает интенсивность сдвига слоев жидкости.
   
3. 
   Какие силы действуют на шарик, движущийся в жидкости?
   

На шарик, падающий в жидкости, действуют три силы: сила тяжести, сила Архимеда, сила вязкого трения.

4. 
   Из каких соображений должна устанавливаться начальная отметка отсчета пути падения шарика?
   Первая метка берется на расстоянии 5-6 см от верхнего конца трубки. Если начать отсчитывать от поверхности жидкости, то результат будет искажен влиянием пленки поверхностного натяжения (из-за этой пленки движение шарика будет замедляться.
   
5. 
   Зависит ли результат измерения коэффициента вязкости от материала шарика?
   

Да, так как, чем больше плотность шарика тем коэффициент внутреннего трения вязкости увеличивается.

6. 
   Изменится ли результат измерения коэффициента вязкости, если шарик бросать в жидкость со скоростью υ, отличной от нуля?
   

Изменится

7. 
   Выведите расчетную формулу.
   

Fc=6ПŋrVо