Студопедия
Обратная связь


Авиадвигателестроения Административное право Административное право Беларусии Алгебра Архитектура Безопасность жизнедеятельности Введение в профессию «психолог» Введение в экономику культуры Высшая математика Геология Геоморфология Гидрология и гидрометрии Гидросистемы и гидромашины История Украины Культурология Культурология Логика Маркетинг Машиностроение Медицинская психология Менеджмент Металлы и сварка Методы и средства измерений электрических величин Мировая экономика Начертательная геометрия Основы экономической теории Охрана труда Пожарная тактика Процессы и структуры мышления Профессиональная психология Психология Психология менеджмента Современные фундаментальные и прикладные исследования в приборостроении Социальная психология Социально-философская проблематика Социология Статистика Теоретические основы информатики Теория автоматического регулирования Теория вероятности Транспортное право Туроператор Уголовное право Уголовный процесс Управление современным производством Физика Физические явления Философия Холодильные установки Экология Экономика История экономики Основы экономики Экономика предприятия Экономическая история Экономическая теория Экономический анализ Развитие экономики ЕС Чрезвычайные ситуации ВКонтакте Одноклассники Мой Мир Фейсбук LiveJournal Instagram 500-летие Реформации


Определение коэффициента внутреннего трения методом Стокса

Если некоторая часть жидкости приведена в движение и есть сила, поддерживающая это движение, то при небольших скоростях устанавливается слоистое (ламинарное) течение жидкости. На поверхности раздела двух слоев, текущих со скоростями v и , действуют одинаковые по величине силы f, одна - тормозящая, а другая - ускоряющая движение слоев. Это свойство жидкости называется внутренним трением (вязкостью).
Сила взаимодействия слоев
,
где, h - коэффициент внутреннего трения,
S - поверхность взаимодействия слоев,
 - градиент скорости.
На шарик, падающий в исследуемой жидкости, действуют три силы: сила тяжести, подъемная сила и сила сопротивления.
Если шарик медленно падает в безграничной среде, не оставляя за собой завихрений, то, как показал Стокс, сила сопротивления равна:
,                                  (1)
где  - коэффициент внутреннего трения,
 - скорость шарика,
- его радиус.
Вывод этой формулы довольно сложен, его можно найти в специальной  литературе. Вид же соотношения, определяющего силу , можно установить с точностью до постоянного множителя, исходя из соображений размерности.
Опыт показывает, что сила сопротивления будет тем больше, чем больше коэффициент внутреннего трения , радиус  и скорость  падающего шарика. Таким образом, можно написать:
,                               (2)
но
.                               (3)
Сравнивая соотношения (2) и (3), нетрудно видеть, что  должно иметь размерность . Так как
,
а

откуда

следовательно,

Множитель А этим методом не может быть определен; он получается равным , если решить задачу гидродинамики вязкой жидкости.
В случае падения шарика в жидкости уравнение движения имеет вид:
.                   (4)

Так как сила сопротивления с увеличением скорости движения шарика возрастает, то наступает момент, когда шарик начинает двигаться равномерно со скоростью .
Тогда
,               (5)
где  -плотность шарика,
-плотность жидкости,
-ускорение силы тяжести.
Из уравнения (5), если d - диаметр шарика, получим:
.
Пусть шарик падает вдоль оси бесконечно длинного цилиндри­ческого сосуда с диаметром D. Учет наличия стенок приво­дит к следующему выражению:
.                       (6)
Используя выражение (6), определяют коэффициент внутреннего трения по методу Стокса.

Описание установки
Цилиндрический стеклянный сосуд (1), заполненный водой и выполняющий роль термостата, закреплен на штативе (2). В термостате, температура которого измеряется тер­мометром (3), помещен второй круглодонный стеклянный цилиндр (4), заполненный исследуемой жидкостью. На цилиндр нанесен ряд горизонтальных меток. На верхний край цилиндра (4) одет фланец, с помощью которого он опирается на крышку (5) термостата (1).Цилиндр (4) прикрыт в свою очередь пробкой (6),

в которой имеется отверстие для ввода шариков в испытуемую жидкость. Для измерения коэффициента внутреннего трения используют шарики, диаметры которых предварительно измеряют с помощью отсчетного микроскопа.

Выполнение работы

1. Определяют цену деления отсчетного микроскопа.
2. Измеряют диаметр шарика (шарик кладут на предметное стекло и вместе с ним помещают на столик микроскопа).
3. Опускают шарик в цилиндр с исследуемой жидкостью, измеряют секундомером время движения шарика между метками. При отсчете глаз надо помещать так, чтобы избежать ошибки из-за параллакса.
4. Измерив расстояние между метками, определяют скорость движения шарика. Опыт повторяют для разных шариков 10-12 раз.
5. Вычисляют по формуле (6) h для каждого шарика и находят его среднее значение.

 

Результаты измерений записывают в таблицу:


№опыта

 d(см)

 l(см)

t(сек)

h(пуаз)

 

 

 

 

 

 

Примечание. Так как вязкость жидкости зависит от температуры, то при измерениях замечают температуру.





 

Читайте также:

Определение коэффициента поверхностного натяжения по поднятию жидкости в капиллярах

Определение удельной теплоемкости твердых тел методом адиабатического калориметра

Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости по методу открывания кольца

Определение молекулярного веса легко испаряющейся жидкости

Некоторые элементы вакуумной техники

Вернуться в оглавление: Физика

Просмотров: 10485

 
 

© studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам. Ваш ip: 54.144.39.205