 |
|
Теоретичні відомості
Тема: «Визначення коефіцієнта внутрішнього тертя рідини
За методом Стокса»
Мета роботи:Удосконалення на практиці знання законів динаміки та гідростатики; ознайомлення з поняттями «внутрішнє тертя», «в’язкість», «коефіцієнт в’язкості»,« градієнт фізичної величини» ;опанування одним з методів визначення коефіцієнта внутрішнього тертя рідини за методом Стокса; подальше навчання веденню фізичного експерименту і математичній обробці результатів вимірювання.
Прилади та обладнання:Скляний циліндр із досліджуваною рідиною, секундомір, набір дрібних кульок, масштабна лінійка, штангенциркуль.
Теоретичні відомості
Одним із явищ переносу в рідині або газі є явище внутрішнього тертя або явище в’язкості. Це явище пов’язане з виникненням сил тертя між двома прошарками рідини або газу, що переміщуються паралельно один одному з різними швидкостями. Причиною внутрішнього тертя є передача молекулами імпульсу від одного прошарку рідини до іншого у напрямку проти вектора градієнту швидкості. Градієнт швидкості dv/dz являє собою вектор, спрямо-ваний перпендикулярно швидкості шарів рідини у бік її найбільшого зростання, і дорівнює зміні швидкості шарів рідини у розрахунку на одиницю довжини). Сила тертя Fопору виникає між прошарками. Вона уповільнює рух прошарку, що має велику швидкість, і прискорює рух іншого, сусіднього прошарку, що має меншу швидкість. Ця сила прямо пропорційна градієнту швидкості 
і площі 
стичних прошарків рідини або газу:
Fопору= - 
(1)
де η – коефіцієнт внутрішнього тертя, названий інакше «динамічна в’язкість», чисельно рівній силі внутрішнього тертя, що припадає на одиницю площі стичних шарів рідини, які рухаються відносно один одного при градієнті швидкості, рівному одиниці.
Динамічна в’язкість залежить від природи рідини та температури. З підвищенням температури сила взаємодії між молекулами зменшується , і це призводить до зменшення внутрішнього тертя.
У одиницях СІ динамічна в’язкість вимірюється в Па с.
Розглянемо падіння металевої кульки в рідині. На неї діють три сили :
1) сила ваги Р, спрямована униз і рівна
Р = m g = 4/3πr3 ρg (2)
де r – радіус кульки, ρ – густина металу, з якого зроблена кулька.
2)сила Архімеда, що виштовхує цю кульку:
Fа = V ρ рід g = 4/3 πr3 ρ рід g, (3)
де ρ рід – густина рідини .
3)сила внутрішнього тертя, яка за теорією Стокса для кульок дорівнює :
Fопору=6πηrv, (4)
де v – швидкість падіння кульки, яку визначаємо як відношення шляху падіння L до часу падіння t
При сталому рівномірному рухові кульки (згідно першого закону Ньютона) повинна виконуватись рівність: P = Fа + Fопору,
або 4/3πr3 ρg= 4/3 πr3 ρ рід g + 6πηrv (5)
отримуємо формулу для розрахунку динамічної в’язкості рідини
η = 
(6)
де 
– діаметр кульки
Опис приладу
Прилад складається з вертикального циліндра (рис.1), наповненого досліджуваною рідиною. На циліндрі є дві горизонтальні мітки, розташовані на відстані L одна від одної. Верхня мітка ставиться в тому місці, де рух кульки стає рівномірним.
 |
Рис.1