II. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

Коэффициент вязкости воды может быть определён способом Стокса. Экспериментальная установка состоит из стеклянного цилиндра А, заполненного исследуемой жидкостью. На цилиндре нанесены метки а и в, расположенные друг от друга на расстоянии l(верхняя метка должна быть ниже уровня воды на 5 -3 см).

Благодаря вязкости тело, движущееся в воды, завлекая прилегающие к II. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ нему слои воды и потому испытывает сопротивление (трение ) со стороны воды. Сила сопротивления Fc находится в зависимости от скорости движения тела, его размеры и формы. Как установил Стокс, для тел шарообразной формы, передвигающихся с маленькой скоростью, сила сопротивления воды пропорциональна вязкости воды, радиусу шара и скорости движения (закон Стокса):

Сила сопротивления (закон Стокса II. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ):

F = 6 p h r V (3)

Разглядим свободное падение тела (в нашем случае- шарика) в вязкой покоящейся воды. На шарик, свободно падающий в таковой воды, действует:

А) сила тяжести

Fт = m g = p r3 ρ1 g , (4)

где r-радиус шарика;

ρ1 -плотность материала шарика;

g-ускорение свободного падения;

Б) выталкивающая сила Архимеда

FA II. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ = p r3 ρ2 g , (5)

где ρ2 -плотность воды.

В) сила сопротивления движению, определяемая законом Стокса (см. формулу 3).

F = 6 p h r V

д) равнодействующая сила, действующих на шарик, будет равна:

F = Fт - ( FА + Fс ) (6)

Отметим, что тут играет роль не трение шарика о жидкость, а трение отдельных слоёв воды друг о II. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ друга, т.к. при соприкосновении твёрдого тела с жидкостью к коже тотчас же прилипают молекулы воды. Тело обволакивается слоями воды и связано с ними межмолекулярными силами. Конкретно прилегающий к телу слой воды движется взмете с телом со скоростью движения тела. Этот случай увлекает в собственном движении примыкающие слои II. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ воды, которые за некий период времени приходят в плавное движение.

Направление деяния силы Fс , Fт и FА показано на рис. 2.

Равнодействующая сила, действующих на шарик, будет равна:

F = Fт - ( FА + Fс ) (6)

Сначала скорость движения шарика в воды будет возрастать, но т.к. по мере ускорения шарика сила сопротивления будет тоже II. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ возрастать, то наступит таковой момент, когда сила тяжести будет уравновешена суммой сил FА и Fс ; равнодействующая сила станет равной нулю, т.е.

Fт - (FА + Fс) = 0 (7)

Отныне движение шарика становится равномерным с некий скоростью V = V0

Подставляя в формулу (7) надлежащие Fт , FА и Fс из формул (3), (4), (5), получим для коэффициента вязкости последующее II. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ выражение:

h = (ρ1 - ρ2) g r2 / V0 (8)

Формула (8) справедлива для шарика, падающего в беспредельно простирающейся воды. Потому, если поперечник шарика сравним с поперечником цилиндра, то в формулу (8) нужно ввести поправочный коэффициент К, учитывающий воздействие стен и дна цилиндра на падение шарика:

K = h / (R + 0,24 r) (h + 1,33 r) ,

где R -радиус цилиндра, h -высота II. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ воды в нем.

III. РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ.

3.1. Измерить микрометром поперечник шарика.

3.2. Опустить шарик в жидкость как можно поближе к оси цилиндра. Глаз наблюдающего должен быть при всем этом установлен против верхней метки так, чтоб она сливалась в одну прямую. В момент прохождения шариком верхней метки включить секундомер и приостановить II. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ его в момент прохождения нижней. Отсчет по секундомеру даст время прохождения шариком пути l.

3.3. Масштабной линейкой измерить расстояние l меж метками а и в. Опыт повторить 7-10 раз, вынимая шарик железной сетью с держателем. Приобретенные результаты занести в таблицу, указав единицы измерения физических величин.

Таблица1.

№ опыта R(м) L (м) t II. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ (с) (с) V0 (м/с) _ (м/с) ή

IV. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

4.1. Что такое вязкость? В каких единицах измеряется коэффициент вязкости?

4.2. Какое течение именуется ламинарным, турбулентным?

4.3. Какие силы действуют на шарик, падающий с повышением его поперечника?

ЛИТЕРАТУРА: [8.12.15]

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4


ii-obektivnie-issledovaniya-nuzhnoe-podcherknut.html
ii-obespechenie-blagopriyatnoj-okruzhayushej-sredi-goroda.html
ii-oblastnaya-olimpiada-po-muzikalno-teoreticheskim.html