2018-01-08
1214
Приборы и оборудование: стеклянный сосуд с краном, пробка с капилляром, штатив, секундомер, мерный стакан (колба), линейка, вода.
В предлагаемом методе определения динамического коэффициента вязкости используется истечение воздуха через капилляр. Известно, что скорости истечения бесконечно тонких цилиндрических слоев воздуха, расположенных на различных расстояниях от оси капилляра, различны и распределены по сечению капилляра по параболическому закону. Наибольшая скорость будет на осевой линии капилляра и, по мере приближения к стенкам, скорость уменьшается, а слой, прилегающий к стенке, неподвижен, т.е. "прилипает" к ней.
Между слоями, движущимися с различными скоростями, возникает сила внутреннего трения (сила вязкости). При установившемся движении сила вязкости, действующая на элементарный объем и приложенная к боковой поверхности цилиндра, уравновешивает разность сил давлений, действующих на основание цилиндра. На концах капилляра при протекании по нему воздуха возникает разность давлений (pвхода - pвыхода). При установившемся движении воздуха она будет неизменной. При малых скоростях течения объем воздуха, протекающего через сечение капилляра, равен:
отсюда
. (13.1)
где 
– радиус капилляра; (
)– разность давлений в начале и конце капилляра; 
– динамический коэффициент вязкости; 
– длина капилляра; 
– объем газа, протекшего через сечение капилляра за время 
.
Таким образом, для определения коэффициента вязкости достаточно измерить разность давлений, время истечения газа, его объем, радиус и длину капилляра.
Схема установки представлена на рис. 13.1. Установка состоит из стеклянного сосуда А со шкалой C. Верхняя часть сосуда закрыта пробкой с капилляром B, а в нижней имеется трубка с краном К. Перед началом работы кран закрыт, сосуд заполнен водой на 3/4 объема и плотно закрыт пробкой с капилляром. Если открыть кран К, то, по истечении некоторого времени, вода из сосуда А будет вытекать каплями. При этом объем воды, вытекающий из сосуда, равен объему воздуха, прошедшего через капилляр, а давление у открытого конца трубки D равно сумме давлений: воздуха, находящегося над поверхностью воды в сосуде А, - рг и гидростатического давления r g h:
pг + r g h.
Это давление уравновешивается атмосферным:
рг + r g h = ра .
Учитывая, что давление у верхнего конца капилляра равно атмосферному, разность давлений на концах капилляра выразится:
ра - рг = r g h.
Поскольку в процессе опыта давление столба воды уменьшается (за счет истечения), то берут среднее значение
и выражение для вязкости примет вид:
. (13.2)
