- •Белорусский национальный технический университет Приборостроительный факультет Кафедра «Экспериментальная и теоретическая физика»
- •1. Цель и задачи работы:
- •2. Основные положения изучаемых явлений
- •3. Методика определения коэффициента трения качения
- •Изучение явления внутреннего трения
- •1. Цель и задачи работы
- •2. Основные положения теории внутреннего трения в жидкостях
- •2.1. Основные определения
- •2.2. Закономерности движения реальной жидкости в цилиндрической трубе
- •2.3. Движение тел в жидкостях
- •3. Методика выполнения работы
- •3.1. Определение вязкости жидкости методом Стокса
- •3.2. Определение числа Рейнольдса, соответствующего переходу от ламинарного течения жидкости к турбулентному
- •3.3. Описание лабораторной установки
- •3.3.1. Определение вязкости жидкости методом Стокса
- •3.3.2. Определение числа Рейнольдса, соответствующего переходу от ламинарного течения жидкости к турбулентному
- •3.4. Задание
- •3.4.1. Определение вязкости жидкости методом Стокса
- •3.4.2. Определение числа Рейнольдса, соответствующего переходу от ламинарного течения жидкости к турбулентному
- •4. Контрольные вопросы
- •5. Литература
Изучение явления внутреннего трения
В ЖИДКОСТЯХ
1. Цель и задачи работы
Изучить явление внутреннего трения в жидкостях.
Изучить закономерности течения реальной жидкости в цилиндрической трубе и движения тел в жидкости.
Определить коэффициент вязкости жидкости методом Стокса.
Измерить объемы жидкости, вытекающие из цилиндрической трубы за единицу времени при различных разностях давлений на концах трубы, определить момент перехода от ламинарного течения жидкости к турбулентному и рассчитать соответствующее переходу число Рейнольдса.
2. Основные положения теории внутреннего трения в жидкостях
2.1. Основные определения
Жидкостями называются вещества, имеющие определённый объем, но не обладающие упругостью формы (то есть, не обладающие модулем сдвига). В отличие от твердых тел в жидкостях наблюдается ближний порядок (упорядоченное расположение соседних атомов или молекул на расстояниях порядка их нескольких межмолекулярных расстояний); дальний же порядок, присущий твердым телам (кристаллическая решетка) и вовсе отсутствует.
Временем “оседлой жизни” называется время, в течение которого молекулы жидкости сохраняют свое местоположение. По истечении данного времени, молекулы жидкости перемещаются на расстояния порядка 10-8 см. Молекулы жидкости, подобно молекулам твердых тел, совершают тепловые колебания около положений равновесия.
Текучесть – это способность молекул жидкости менять свое положение относительно других молекул. Вместе с тем, силы межмолекулярного взаимодействия достаточно велики и средние расстояния между молекулами остаются неизменными. По этой причине жидкости сохраняют свой объем.
Явление внутреннего трения (вязкости) состоит во взаимодействии соседних слоев реальной жидкости, движущихся с разными скоростями, которое приводит к появлению сил вязкости (внутреннего трения), касательных поверхности слоев. При этом, молекулы более быстрого слоя стремятся увлечь за собой молекулы более медленного, и наоборот, молекулы более медленного слоя тормозят движение более быстрого. Следовательно, силы вязкости направлены вдоль поверхности соприкасающихся слоев в сторону, противоположную их относительной скорости подобно силам трения скольжения (внешнего трения) при движении одного тела по поверхности другого. По своей природе силы трения в жидкости являются силами межмолекулярного взаимодействия, то есть, электромагнитными силами, как и силы трения между твердыми телами. Явление вязкости, таким образом, связано с передачей импульса из слоя в слой, т.е. относится к явлениям переноса. Так как молекулы жидкости основную часть времени находятся около положения равновесия, то движущаяся масса жидкости увлекает соседние слои в основном за счет сцепления (межмолекулярного взаимодействия). С ростом температуры текучесть жидкости возрастает, а вязкость падает. Это связано с тем, что при нагревании жидкость “разрыхляется” (т.е. незначительно увеличивается ее объем) и силы межмолекулярного взаимодействия ослабевают. Механизм вязкости в газе является иным, так как осуществляется из-за перехода молекул из слоя в слой. Поэтому с возрастанием температуры вязкость газов, возрастает, в отличие от жидкостей.
Ламинарным называется такое течение, когда жидкие частицы движутся вдоль устойчивых траекторий. Жидкость движется параллельными слоями. Скорости всех частиц жидкости параллельны течению. Если в ламинарный поток ввести подкрашенную струйку, то она сохраняется, не размываясь по всему потоку.
Турбулентным течение становится при больших скоростях – это неустойчивое, хаотичное (вихреобразное) движение частиц жидкости.
Установившимся или стационарным называется течение, если величины и направления скоростей частиц в каждой точке движущейся жидкости не изменяются со временем.