Вязкость_ЛР_+_вопросы_и_задачи_по_бареологии_1. Определение вязкости чистых жидкостей методом стокса

• Название: Определение вязкости чистых жидкостей методом стокса
• Дата: 22.09.2022
• Размер: 62.24 Kb.
• Имя файла: Вязкость_ЛР_+_вопросы_и_задачи_по_бареологии_1.docx
• Тип: Закон; #690446

- -

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ ЧИСТЫХ ЖИДКОСТЕЙ МЕТОДОМ СТОКСА
Цель работы: Изучение закономерностей движения тел в вязких средах и экспериментальное определение коэффициента внутреннего трения в жидкостях.

Приборы и принадлежности: вискозиметр Стокса с исследуемой жидкостью, микрометр, электронные весы, набор шариков, секундомер, линейка.

Схему установки перерисуйте самостоятельно. На рисунке должен быть изображен вискозиметр, риски на его колбе и шарик.

Подготовка к работе: освоить правила работы с электронными весами и научиться измерять предметы при помощи микрометра.

Порядок выполнения работы:

1. 
   Изучите принадлежности, определить инструментальные (приборные) погрешности: для приборов со шкалами – половина цены деления, для приборов с табло – единица младшего разряда, для приборов, имеющих класс точности – запишите класс точности.
   
2. 
   Микрометром измерьте диаметр шарика d, запишите в таблицу 1. Если шарик один, все пять измерений проведите на нем.
   
3. 
   Массу шарика m определите с помощью электронных весов, запишите в таблицу 1 (не забудьте посмотреть единицы электронных весов).
   
4. 
   Вычислить плотность материала шарика , где - средняя масса шариков; - средний диаметр шариков, результаты вычислений запишите под таб. 1.
   
5. 
   Запишите плотность жидкости (глицерина) =1260 кг/м³
   
6. 
   Измерьте расстояние l между рисками на колбе вискозиметра, запишите в таб. 1.
   
7. 
   Измерьте время падения шарика. Осторожно опустите шарик в сосуд с исследуемой жидкостью так, чтобы он падал по оси цилиндра. Секундомер включается при прохождении верхней метки и выключается при прохождении нижней метки. Запишите результаты в таб. 1.
   
8. 
   Определите скорость падения шарика на участке по формуле , результаты вычислений запишите в таб. 1.
   
9. 
   Значения измеренных величин подставьте в основную расчетную формулу и вычислите коэффициент вязкости жидкости:
   

10. 
    Рассчитайте число Рейнольдса:
    

Для отчета:

1. 
   Измерения проводятся при температуре 20⁰C. Температура не входит в расчетную формулу и в формулу погрешности, однако, в выводе по работе следует указать табличное значение вязкости глицерина именно при этой температуре и сравнить полученный результат с табличным. Коэффициент динамической вязкости исследуемой жидкости при данной температуре =1.49 Па с.
   
2. 
   Проведите статистическую обработку результатов измерения, оцените погрешности, правильно округлите результаты и погрешности. Для расчетов воспользуйтесь материалами лекции или учебной литературой. Например, в статье Википедии «Погрешность измерения» формулы для расчета приведены в пунктах «Погрешность прямых измерений» и «Погрешность косвенных воспроизводимых измерений»:
   

Погрешность прямых измерений величины , где , – стандартная ошибка среднего , – коэффициент Стьюдента для числа степеней свободы N-1 и уровня значимости а (доверительного интервала а). А – инструментальная погрешность.



Погрешность косвенных измерений величины . Обратите внимание, что в формуле должны быть только непосредственно измеряемые величины, но не их производные.

3. 
   Запишите окончательный результат:
   

= для Pд=0.95

4. 
   Сделайте выводы. Сравните полученные значения коэффициента динамической вязкости глицерина с табличными, оцените число Рейнольдса и характер движения шарика в глицерине. Какое значение исследуемое явление имеет в медицине?
   

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИОННОЙ ЗАВИСИМОСТИ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТЕЙ МЕТОДОМ ОСТВАЛЬДА
Цель работы: Изучение закономерностей течения вязких жидкостей, приобретение навыков работы с капиллярным вискозиметром, проведение измерений концентрационной зависимости вязкости и анализ внутренних свойств жидкостей на основе проведенных исследований.

Приборы и принадлежности: капиллярные вискозиметры, заполненные растворами известной концентрации, секундомер, шприц.

Схему установки перерисуйте самостоятельно. На рисунке должен быть изображен вискозиметр Оствальда, трубка и шприц.

Принцип работы капиллярного вискозиметра основан на зависимости объемного тока жидкости от параметров сосуда, известной, как закон Пуазейля.

Закон Пуазейляпредставляет собой формулу для расчета объемной скорости течения, если течение жидкости ламинарное. Объемной скоростью Q называется объем жидкости (V), протекающий через поперечное сечение сосуда за единицу времени, Q=V/t.



Q - объемная скорость жидкости (м³/с),

- разница давлений на концах трубки (Па),

R — внутренний радиус трубки (м),

l — длина трубки (м),

η — вязкость жидкости (Па с),

π — отношение длины окружности к диаметру, π = 3.14

Капилляр — это трубка очень малого сечения. Для измерения коэффициента вязкости жидкости применяют капиллярные вискозиметры. Измерение вязкости этим методом заключается в измерении времени истечения жидкости из резервуара определенного объема через капилляр определенного радиуса под действием гидростатического давления, которое создается разностью уровней исследуемой жидкости в коленах вискозиметра.

Капиллярный вискозиметр Оствальда представляет собой U-образный трубку, в узкое колено которой впаян капилляр. Выше капилляра находятся два шарообразных расширения. Выше и ниже ближнего к капилляру расширения на колене нанесены метки, которые позволяют фиксировать объем, протекающей через капилляр жидкости. Верхнее расширение предохраняет от выброса жидкости из колена в процессе работы с прибором.
Порядок выполнения работы:

1. 
   Несколько капиллярных вискозиметров, заполненных растворами глицерина в воде различной концентрации, укреплены в вертикальной плоскости. На каждом из вискозиметров указана концентрация раствора С, % и аппаратное число к. Запишите эти данные в соответствующие ячейки таблицы 2.
   
2. 
   Запишите значения плотностей бинарных смесей системы глицерин-вода при t = 23⁰C.
   
3. 
   Приготовьте секундомер. С помощью шприца поднимите уровень жидкости в капиллярном колене определенного вискозиметра выше отметки 1, и, убрав шприц, наблюдайте за понижением этого уровня. Когда уровень жидкости проходит метку 1, нажмите «старт» на секундомере, а при прохождении метки 2 нажмите «стоп». Для каждой концентрации измерение повторите 3 раза, результаты запишите.
   
4. 
   Рассчитайте среднее время протекания исследуемого раствора , запишите.
   

Обработка результатов измерений:

1. 
   Вычислите среднее значение коэффициента вязкости для каждого из растворов по формуле:
   
2. 
   Для каждого из растворов рассчитайте абсолютные погрешности определения коэффициента вязкости по формуле: , здесь Δt – абсолютная погрешность измерения времени протекания жидкости через капилляр.
   
3. 
   Постройте график зависимости коэффициента вязкости от концентрации. Укажите погрешности измерений на графике.
   
4. 
   Сделайте выводы. Сравните экспериментально полученные значения вязкости с табличными, оцените погрешности. Опишите характер полученной кривой и причины такого вида графика.
   

Вопросы для самоподготовки:

1. 
   Гемодинамика. Вязкость. Ньютоновская и неньютоновская жидкости.
   
2. 
   Вязкость крови. Изменение вязкости крови.
   
3. 
   Объемная и линейная скорость жидкости. Уравнение неразрывности струи.
   
4. 
   Турбулентное и ламинарное течение жидкости. Число Рейнольдса.
   
5. 
   Закон Пуазейля. График зависимости давления от линейной скорости кровотока.
   
6. 
   Гемодинамические показатели. Измерение кровяного давления с помощью тонометра.
   
7. 
   Вискозиметрия. Закон Стокса.
   
8. 
   Вискозиметрия. Типы вискозиметров.
   

Задачи:

1. 
   Определить число Рейнольдса для крови в артерии.
   
2. 
   Определить число Рейнольдса для крови в вене.
   
3. 
   Определить характер движения воздуха в трахее человека при беге. Дыхательный объем 2 литра при длительности выдоха 1 с, диаметр трахеи 1,8 см.
   
4. 
   Какая максимальная линейная скорость кровотока может быть в артерии, чтобы течение оставалось ламинарным?
   
5. 
   Какая максимальная линейная скорость кровотока может быть в вене, чтобы течение оставалось ламинарным?
   
6. 
   Определить объемную скорость кровотока в аорте, при которой сохраняется ламинарное движение.
   
7. 
   Рассчитать максимальное количество крови, которое может пройти через аорту за 1 с, чтобы течение оставалось ламинарным.
   
8. 
   Найти скорость оседания в воде сферических частиц радиусом 2 мкм и плотностью 2500 кг/м^3.
   
9. 
   Определить скорость оседания эритроцитов. Считать эритроциты сферическими телами радиусом 80 км с плотностью вещества 1090 кг/м^3.
   
10. 
    Определить линейную скорость кровотока артерии, если во время систолы через ее протекает 60 мл крови. Длительность систолы 0,25 с.
    
11. 
    Во сколько раз уменьшится объемная скорость кровотока, если диаметр питающего орган сосуда уменьшится на 5%, а кровяное давление упадет на 10%.
    
12. 
    Рассчитать гидравлическое сопротивление току крови в вене на протяжении 6 см.
    

Список литературы:

1. 
   Самойлов В.О. «Медицинская биофизика», стр. 19-55, 117-131, 389-399
   
2. 
   Владимиров Ю.А. «Биофизика», стр. 64-75, стр. 225-244
   
3. 
   Ремизов А.Н. «Сборник задач по медицинской и биологической физике», стр. 64-66
   

Приложение.

ВЯЗКОСТЬ Дата:

№ пп	ФИО	группа	ДЗ

Приборы и принадлежности:

Прибор	Класс точности	Предел шкалы	Инстр. погрешность

МЕТОД СТОКСА. Таблица измерений 1.

№	d, м	m, кг	l, м	t, c	υ, м/с	, Па с	Re
1
2
3
4
5

Плотность материала шарика: = __________ ­­­­­­­­­­­кг/м³

Плотность глицерина при 20^оС: = ­­­­­­­­­­__________ кг/м³

МЕТОД ОСТВАЛЬДА. Таблица измерений 2.

С, %	k	ρ, кг/м3	t, c			10-3(Па с)		10-3(Па с)
20%
40%
60%
70%
80%