Головна

Схема установки

  1. II. Опис експериментальної установки.
  2. Блок установки характеристик середовища.
  3. Вестибулярний апарат. Рефлекси установки тіла. Статокинетічеськие рефлекси (Магнус)
  4. Водовідлівні установки и водовідлів.
  5. Вибір вентиляторної установки головного провітрювання

Малюнок 1 - Схема установки визначення в'язкості рідини за методом Стокса

Елементи установки:

1. циліндр;

2. сталева кулька;

3. 0 - 0,3 - 0,6 - 0,9 - шкала.

I Теоретична частина і розрахункова частина.

Поняття про в'язкості. При русі рідини між її шарами виникають сили внутрішнього тертя, що діють таким чином, щоб зрівняти швидкості всіх шарів. Природа цих сил полягає в тому, що шари, що рухаються з різними швидкостями, обмінюються молекулами. Молекули з більш швидкого шару передають більш повільного шару кілька руху, внаслідок чого останній починає рухатися швидше. Молекули з більш повільного шару отримують в швидкому шарі кілька руху, що призводить до його гальмування.

Малюнок 2 - Схема руху шарів рідини

Розглянемо рідину, що рухається в напрямку осі х (Рисунок 2). Нехай шари рідини рухаються з різними швидкостями.

На осі z візьмемо дві точки, що знаходяться на відстані dz. Швидкості потоку відрізняються в цих точках на величину du. ставлення  характеризує зміну швидкості потоку в напрямку осі z і називається градієнтом швидкості.

Сила внутрішнього тертя, що діє між двома шарами, пропорційна площі їхнього зіткнення і градієнту швидкості:

 . (1)

величина h називається коефіцієнтом внутрішнього тертя або коефіцієнтом динамічної в'язкості. Якщо у формулі (1) покласти чисельно и DS = 1, то h = F, Тобто коефіцієнт динамічної в'язкості чисельно дорівнює силі внутрішнього тертя, що виникає на кожній одиниці поверхні зіткнення двох шарів, що рухаються один відносно іншого з градієнтом швидкості, що дорівнює одиниці.

В системі СІ розмірність [h]= Кг ? м-1? з-1. Ця одиниця називається Паскаль - секундою. В системі СГС сила вимірюється в динах, Поверхнязіткнення в см2, А градієнт швидкості має розмірність 1 / с. тоді розмірність h буде: [h]= Г ? см-1? з-1.

В системі СГС одиниця коефіцієнта в'язкості називається пуаз.

Коефіцієнт динамічної в'язкості залежить від природи рідини і для даної рідини з підвищенням температури в'язкість зменшується. В'язкість грає істотну роль при русі рідин. Шар рідини, що безпосередньо прилягає до твердої поверхні в результаті прилипання, залишається нерухомим щодо неї. Швидкість інших верств зростає в міру віддалення від твердої поверхні. Наявність шару рідини між поверхнями, що труться твердих тіл сприяє зменшенню коефіцієнта тертя.

Поряд з коефіцієнтом динамічної в'язкості часто використовують коефіцієнт кінематичної в'язкості:  , де r - Щільність рідини. В системі СІ [n]= м2? з.

Теорія методу Стокса. Якщо кулька падає в рідині, що тягнеться безмежно в усіх напрямках, не залишаючи за собою ніяких завихрень, то на нього діє сила внутрішнього тертя, що дорівнює за законом Стокса:

 , (2)

де r - Радіус кульки; u - Швидкість кульки.

Якщо кулька вільно падає в в'язкої рідини, то на нього будуть діяти сила тяжіння , виштовхуюча сила  , Що дорівнює вазі витісненої рідини (V - Обсяг кульки, rш - Густина кульки, rж - Щільність рідини).

На підставі другого закону Ньютона з урахуванням співвідношення (2) маємо:

 (3)

Сила опору зі збільшенням швидкості руху кульки зростає, а прискорення зменшується і, нарешті, кулька досягає такої швидкості, при якій прискорення стає рівним нулю і тоді рівняння (3) набуває вигляду:

 (4)

Де замість обсягу підставили  . В цьому випадку кулька рухається з постійною швидкістю u0. Такий рух перуки називається сталим. Вирішуючи рівняння (4) щодо коефіцієнта внутрішнього тертя, отримуємо:

 . (5)

швидкість кульки u0 можна визначити, знаючи відстань l між мітками на посудині і час t, За яке кулька проходить цю відстань; u0= L / t. Тоді з виразів (3) і (5) випливає, що коефіцієнт в'язкості дорівнює:

 . (6)

Практично неможливо здійснити падіння кульки в безмежному середовищі, так як завжди рідина перебувати в якомусь посудині, що має стінки і дно. Тому у формулі (6) вводитися поправочний коефіцієнт:

При русі сталевої кульки в рідині на нього діють сили: сила тяжіння Fт = mg, Сила Архімеда FA= ?жgV, І сила Стокса Fc= 6?g??. До нульової позначки рух кульки равноускоренное, після позначки - рівномірний, так як внаслідок збільшення швидкості руху, зростаюча сила Стокса спільно з силою Архімеда починає врівноважувати силу тяжіння. У формулі Стокса 6?g? = Const,?-незалежна змінна, отже F ~ ?.

розрахункові формули

       
   
 
 


Сила тяжіння: . сила Архімеда  :.

 
 


Сила Стокса:.

 
 


Щільність кульки:.

 
 


Щільність гліцерину:.

 
 


Прискорення вільного падіння: .

Коефіцієнт в'язкості гліцерину: ?т = 1,39 кг / м • с;

       
   
 
 


Радіус кульки:; (4), Радіус циліндра:; (5)

Середні значення часу руху кульки:

       
 
   
 


(1), (2), (3),

 
 


Середні значення швидкості руху кульки:

           
 
   
   
 


;

; ; (6)

 
 


(7)

 Розрахункова формула:

.(8)



II Методика проведення роботи | II Методика проведення роботи

Вступ | Вимоги до оформлення лабораторних робіт. | схема установки | II Методика виконання роботи | схема установки | Схема установки. | IV Оцінка похибок отриманих результатів. | схема установки | III Обробка результатів спостереження | схема установки |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати