Лабораторные работы. Молекулярно-кинетическая теория / Физика. МКТ. ЛР. Определение вязкости жидкости методом стокса
.docxЦель работы: определить вязкость глицерина.
Приборы и принадлежности: Стеклянный цилиндр, наполненный глицерином; стальные шарики; секундомер; термометр
ХОД РАБОТЫ:
-
Измерим радиусы десяти стальных шариков и время их падения в глицерине. Полученные значения сведём в таблицу.
R=3,5 см – радиус цилиндра;
L=77 см;
ρш=7800 кг/м3;
ρг=1260 кг/м3.
№ п/п |
Re, |
|||||||
1 |
7,40 |
7,424 |
-0,024 |
0,000576 |
0,011 |
0,734 |
0,0011 |
|
2 |
7,45 |
0,026 |
0,000676 |
|||||
3 |
7,42 |
-0,004 |
0,000016 |
|||||
4 |
7,42 |
-0,004 |
0,000016 |
|||||
5 |
7,40 |
-0,024 |
0,000576 |
|||||
6 |
7,44 |
0,016 |
0,000256 |
|||||
7 |
7,39 |
-0,034 |
0,001156 |
|||||
8 |
7,50 |
0,076 |
0,005776 |
|||||
9 |
7,38 |
-0,044 |
0,001936 |
|||||
10 |
7,44 |
0,016 |
0,000256 |
; |
; |
|
|
; |
; |
|
|
; |
; |
|
|
; |
; |
|
|
; |
; |
|
|
; |
; |
|
|
; |
; |
|
|
; |
; |
|
|
; |
; |
|
|
. |
. |
|
|
. |
. |
-
Определим погрешность измерения времени.
; |
; |
|
|
; |
; |
|
|
; |
; |
|
|
; |
; |
|
|
; |
; |
|
|
; |
; |
|
|
; |
; |
|
|
; |
; |
|
|
; |
; |
|
|
. |
. |
.
-
Определим вязкость глицерина и погрешность определения.
;
;
.
-
Определим число Рейнольдса.
.
Имея полученное значение числа Рейнольдса можно сказать, что движение жидкости не является ламинарным. Оно находится в первой стадии неустойчивости.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что называется вязкостью?
Вязкость – свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. В результате работа, затрачиваемая на это перемещение, рассеивается в виде тепла.
Механизм внутреннего трения в жидкостях и газах заключается в том, что хаотически движущиеся молекулы переносят импульс из одного слоя в другой, что приводит к выравниванию скоростей — это описывается введением силы трения. Вязкость твёрдых тел обладает рядом специфических особенностей и рассматривается обычно отдельно.
2. Получите формулу Стокса методом размерностей.
;
;
;
.
4. Определите методом размерностей, как будет зависеть от скорости шарика сила, действующая на него при турбулентном обтекании.
;
;
;
.
5. С какой предельной скоростью будет падать в воздухе стальной шарик радиусом 0,5 см?
.
6. В выражении для силы, действующей на шарик при турбулентном обтекании, отсутствует вязкость. Какие физические причины приводят в этом случае к появлению силы сопротивления?
3. Почему облака, состоящие из капель воды или кристалликов льда, не падают на землю? Что их удерживает в воздухе?
Мелким каплям, радиус которых составляет доли микрометра не дают падать вниз беспорядочные удары со стороны молекул воздуха, находящихся в хаотичном тепловом движении. Такое движение называют броуновским.
Когда радиус капли становится больше микрометра, ее движение перестает быть броуновским. И тогда начинает играть большую роль сопротивление воздушной среды. Одновременно с ускорением капли возникает и начинает расти действующая на каплю сила сопротивления воздуха. Она направлена противоположно силе тяжести и пропорциональна скорости капли.
По мере возрастания силы сопротивления скорость падающей капли нарастает все медленнее. Когда сила сопротивления воздуха выравнивается по модулю с силой тяжести, дальнейшее увеличение скорости капли прекращается, и далее капля падает равномерно. Такую равномерно движущуюся капельку может затормозить и даже подбросить вверх восходящий поток теплого воздуха. А земля, которую нагревает солнце, является постоянным источником таких восходящих воздушных потоков.
Кроме того, в процессе падения капля может просто-напросто испариться. Или раздробиться на более мелкие капельки.