ОТЧЕТ РАБОТА 13. Отчет по лабораторной работе 13 По дисциплине

• Название: Отчет по лабораторной работе 13 По дисциплине
• Анкор: ОТЧЕТ РАБОТА 13
• Дата: 11.02.2022
• Размер: 67.48 Kb.
• Имя файла: 13_Opredelenie_koeffitsienta_vyazkosti_zhidkosti_metodom_Stoxa.docx
• Тип: Отчет; #358854

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ



МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«САНКТ-ПЕРЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра общей и технической физики

Отчет по лабораторной работе №13

По дисциплине ФИЗИКА

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема: Определение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса


Выполнил: студент гр. 21 __________ /./

^{(подпись) (Ф.И.О.)}

Проверил: ___________ / /

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}

Санкт-Петербург

2021

Цель работы

определить коэффициент вязкости жидкости методом Стокса.

Явление, изучаемое в работе - вязкость.

Краткие теоретические сведения

Основные определения физических величин, явлений, процессов

Вязкость (внутреннее трение) - свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одного слоя вещества относительно другого.

Коэффициент вязкости численно равен тангенциальной силе, приходящейся на единицу площади соприкосновения слоёв, необходимой для поддержания разности скоростей, равной единице, между двумя параллельными слоями вещества, расстояние между которыми равно единице.

Градиент скорости – разница скоростей движения слоёв жидкости.

Метод Стокса – метод изучения вязкости жидкости путём равномерного падения маленьких тел (шариков) в жидкости и последующем их анализе.

Закон Архимеда – на тело, погружённое в жидкость (газ), действует выталкивающая сила, равная весу жидкости (газа), вытесненной телом.

Внутреннее трение - способность тела преобразовывать в теплоту (внутреннюю энергию) механическую энергию, сообщённую телу во время его деформации.

Схема установки



Рис. 2. Силы, действующие на шарик, падающий в жидкости.

На шарик действуют три силы: сила тяжести Р (рис.2), направленная вниз; сила внутреннего трения F_тр и выталкивающая сила F_в, 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.

Законы и соотношения, использованные при выводе расчетной формулы

Закон Стокса: сила сопротивления, испытываемого твердым шаром при его медленном поступательном движении в неограниченной вязкой жидкости

,

где []- Па*с, [F_тр] =H, [r]=мм, [v]=м/c

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

,

где ]кг/м³, [g]= м/c², [V]= м³

Коэффициент вязкости:



Где[r]=(м), [g]= м/с², [ ]=м/с.

Формула Стокса справедлива для случая, когда шарик падает в среде, простирающейся безгранично по всем направлениям. Достичь этого в лаборатории практически невозможно, поэтому приходится учитывать размеры сосуда, в котором падает шарик.

Основные расчётные формулы

1. 
   Коэффициент вязкости жидкости:
   

,

где - коэффициент вязкости жидкости, - радиус шарика, - скорость падения шарика в жидкости, - ускорение свободного падения,  - плотность шарика, _ж - плотность жидкости.

2. 
   Скорость шарика, движущегося в жидкости:
   

,

где - скорость падения шарика в жидкости, l  - расстояние, на котором замерялась скорость шарика, t - время преодоления шариком расстояния l .

3. 
   Радиус шарика:
   

,

где r - радиус шарика, d - диаметр шарика.

4. 
   Среднее значение коэффициента вязкости жидкости:
   

,

где  - среднее значение , n- количество измерений.

Формулы погрешности косвенных измерений

Относительная погрешность коэффициента вязкости:



где – средний радиус шарика, – среднее время преодоления шариком расстояния, l_ср  - среднее расстояние, на котором замерялась скорость шарика.

Расчетная часть

Таблица №1. Результаты измерений, проделанных в опыте.

Физ. величина	T	ρж	ρ	d	r	t	l	υ	η	η
Ед. измерения Номер опыта				дел	мм	с	м	м/с	Па*c	Па*с
1	20,2	0,96	11,35	64	1,525	8,23	0,4	0,0486	0,71	0,03
2				63	1,6	8,13		0,0492	0,78
3				61	1,575	8,20		0,0488	0,76
4			7,8	56	1,4	13,97		0,0286	1,02
5				54	1,35	13,91		0,0287	0,95
6				55	1,375	14,15		0,0283	1

Исходные данные

T	ρж	ρст	ρсв	g
20,2°C	0,96*103 кг/м3	7,8*103 кг/м3	11,35*103 кг/м3	9,81 м/с2

Т	r	l	t
1°C	0,025 мм	1 см = 0,01 м	0,01 сек

Погрешности прямых измерений

Пример расчетов для опыта №1

υ=0,4/8,23 = 0,0486 м/с

r = = 1,525 мм

= =0,71 Па*с

Для вычисления погрешности косвенных измерений

= 0,87 Па*с





Вычисление погрешности косвенных измерений

= = 0,03 Па*с

Результат

η _ср= (0,87 ±0,03) Па*с

Сравнительная оценка результата

Теоретическое значение вязкости касторового масла

Расхождение теоретического и экспериментального значений:

=

Вывод

В ходе лабораторной работы было найдено значение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса. Полученное значение составило 0,87±0,03 Па*с, а расхождение с теоретическим значением – 11,85%. Табличное значение при температуре 20,2°C составляет 0,987 Па*с. Можно сделать вывод, что полученный результат немного не попадает в табличное значение даже с учетом погрешности. Причина этому – человеческий фактор, неточное измерение длины и времени, недостаточное количество опытов.