2015-09-06
588
Установка представлена на рис. 8.3. Она состоит из двух стеклянных цилиндрических сосудов 1, расположенных симметрично относительно измерительной линейки 2 и заполненных вязкими жидкостями (глицерин и подсолнечное масло). Шарик 4 опускают в сосуд через пробку с отверстием 5. По измерительной линейке отмечают начало и конец проходимого шариком пути 
. Для этого в жидкость бросают пробный шарик и замечают высоту, на которой движение шарика становится равномерным. От дна сосуда (или если в сосуде уже есть шарики, то от лежащих на дне шариков) замечают расстояние внизу сосуда. Разница между нижней и верхней отметками есть проходимый шариком путь .
3. Выполнение упражнений и обработка результатов измерений
1. Записать в тетрадь справочные данные и условия (данные) эксперимента.
Определить по справочнику:
плотность свинца 
= кг/м 3;
плотность глицерина 
= кг/м 3;
плотность подсолнечного масла 
= кг/м 3;
динамическую вязкость глицерина 
= Па с;
динамическую вязкость растительного масла 
= Па с;
|
|
|
2. Измерить:
температуру жидкости (считать 
= К.
ее равной температуре воздуха
в лаборатории).
3. Нарисовать таблицы 8.1 и 8.2.
Таблица 8.1
| Материал шариков – свинец, жидкость – глицерин, = … м
| ||||||||
| № |  , м
|  , м
|  , м
|  , м
|  , м2
|  , с
|  ,
м/с
|  ,
Па∙с
|
Таблица 8.2
| Материал шариков – пластмасса, жидкость – подсолнечное масло,
= … м
| |||||||||||
| № | , м
| , м
| , м
| , м
| , м2
|  ,
м3
|  ,
кг
|  ,
кг/м3
| , с
| ,
м/с
| ,
Па∙с
|
Внимание! Работайте последовательно, чтобы все данные, полученные для одного шарика, соответствовали именно ему. Т.е. обмерьте шарик, если нужно определите его массу, опустите в жидкость и только после этого приступайте к работе со следующим шариком.
4. Измерить диаметр свинцового шарика с помощью штангенциркуля. Измерение провести не менее трех раз для одного шарика. Результаты измерений занести в таблицу 8.1.
5. Опустить шарик в сосуд с глицерином. Секундомером измерить время прохождения шариком расстояния по выбранным начальной и конечной меткам.
6. Пункты 4–5 повторить еще для четырех свинцовых шариков. Результаты записать в таблицу 8.1.
|
|
|
7. Измерить диаметр пластмассового шарика, результаты измерений занести в таблицу 8.2. Рассчитать среднее значение диаметра шарика .
8. С помощью весов определить массу пластмассового шарика. Результат измерения занести в таблицу 8.2.
9. Через пробку 5 опустить пластмассовый шарик в сосуд с подсолнечным маслом. Секундомером измерить время прохождения шариком расстояния по выбранным меткам.
10. Пункты 7–8 повторить еще для четырех пластмассовых шариков. Результаты записать в таблицу 8.2.
11. По формуле 
определить плотность каждого пластмассового шарика. Рассчитать среднюю плотность пластмассовых шариков.
12. Найти для каждого шарика скорость падения 
.
13. Убедиться в том, что движение шариков ламинарное, т.е. выполняется пропорциональность 
(при турбулентном, вихревом движении 
). Для этого построить графики зависимости 
(для каждой жидкости). Если экспериментальные точки на этих зависимостях укладываются на прямую линию, то это означает, что формулы (8.4) и (8.6) справедливы для данного опыта.
13. По формуле (8.6) определить значение для каждого шарика и занести результаты вычислений в таблицы. Определить среднее значение 
для глицерина и масла. Рассчитать погрешности измерений коэффициентов динамической вязкости глицерина и подсолнечного масла.
14. Сравнить экспериментальные значения с табличными, сделать вывод.
Контрольные вопросы
1. Что называется вязкостью? Каков механизм вязкости жидкости?
2. Напишите уравнение движения шарика в цилиндре, заполненном вязкой жидкостью.
3. Какое движение жидкости называется ламинарным, турбулентным?
4. Как зависит вязкость жидкости от температуры и относительной молекулярной массы?
5. Каков физический смысл имеет коэффициент внутреннего трения (вязкости)?
6. Какие силы действуют на шарик, падающий в жидкости?
7. Как вычисляется сила вязкого трения по закону Ньютона, как она направлена, от чего зависит?
8. Почему измерения коэффициента вязкости по методу Стокса верны только при малых скоростях движения шарика?
9. Как в данной работе определяется коэффициент вязкости?
10. Указать на схеме (рис. 8.2) направление градиента скорости и потока импульса для явления переноса, моделируемого данным опытом.
