Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань в своє навчання і роботи, будуть вам дуже вдячні.
1.Поняття про в'язкості
У речовині в результаті хаотичного руху молекул і зіткнень між ними відбуваються безперервні зміни їх швидкостей і енергій. Якщо в речовині існує просторова неоднорідність щільності, температури або швидкості упорядкованого руху окремих шарів речовини, то на безладне тепловий рух молекул речовини накладається впорядкований рух, яке веде до вирівнювання цих неоднорідностей. Це явище називається явищем перенесення.
До явищ переносу відносяться теплопровідність, внутрішнє тертя і дифузія. У всіх трьох явищах є багато спільного, а саме в середовищі відбувається спрямований перенесення будь-якої фізичної величини (енергії, імпульсу, маси) з однієї частини речовини в іншу до тих пір, поки дана величина не розподілиться рівномірно по всьому об'єму.
Явище внутрішнього тертя (в'язкості) спостерігається в тілах при всіх агрегатних станах, але велике практичне значення це явище має для рідин і газів. В'язкість - це властивість реальних рідин чинити опір переміщенню однієї частини рідини відносно іншої.
При русі рідини між її шарами виникають сили внутрішнього тертя, що діють таким чином, щоб зрівняти швидкості всіх верств. Виникнення цих сил пояснюється тим, що шари, що рухаються з різними швидкостями, обмінюються молекулами. Молекули з більш швидкого шару передають більш повільного шару певний імпульс, внаслідок чого останній починає рухатися швидше. Молекули з більш повільного шару отримують в швидкому шарі певний імпульс, що призводить до його гальмування.
Таким чином, внутрішнє тертя обумовлено перенесенням імпульсу молекулами речовини, які переходять із шару в шар. При цьому виникають сили тертя між шарами газу або рідини, що переміщаються паралельно один одному з різними швидкостями.
Градієнтом швидкості називається збільшення швидкості на одиницю довжини в напрямку, перпендикулярному швидкості руху шарів.
Малюнок 1. Визначення сили внутрішнього тертя
Сила внутрішнього тертя (в'язкості), що діє між двома шарами, пропорційна площі зіткнення рухомих шарів і градієнту швидкості руху шарів
де # 63; - коефіцієнт внутрішнього тертя або коефіцієнт динамічної в'язкості, знак «мінус» показує, що сила спрямована протилежно збільшенню швидкості (рисунок 1).
Коефіцієнт в'язкості є фізична величина, чисельно рівна силі внутрішнього тертя, між двома шарами з площею, рівною 1м 2 при градієнті швидкості, що дорівнює на 1 м.
В СІ розмірність.
Коефіцієнт динамічної в'язкості залежить від природи рідини і для даної рідини з підвищенням температури 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.
Метод Стокса, який використовується в даній роботі, полягає в наступному.На твердий кулька, що падає в в'язкої рідини, діють три сили: сила тяжіння, що виштовхує і сила опору руху, обумовлена силами внутрішнього тертя рідини (рисунок 2).
Малюнок 2. Сили, що діють на кульку, що падає в рідині
При русі кульки шар рідини, що межує з його поверхнею, прилипає до кульки і рухається зі швидкістю кульки. Найближчі суміжні шари рідини також наводяться в рух, але одержувана ними швидкість тим менше, ніж далі вони знаходяться від кульки.
Сила внутрішнього тертя за законом Стокса дорівнює:
де - коефіцієнт внутрішнього тертя рідини, - швидкість кульки, - його радіус.
Сила тяжіння дорівнює:
де - щільність речовини кульки, - обсяг кульки.
Виштовхуюча сила (за законом Архімеда) дорівнює:
де - щільність рідини.
Зазначені три сили спрямовані по вертикалі: сила тяжіння - вниз, що виштовхує сила і сила тертя - вгору.
На підставі другого закону Ньютона рівняння руху в разі падіння кульки в рідині має вигляд:
закон вязкостьсопротівленіе
Сила опору зі збільшенням швидкості руху кульки зростає, а прискорення зменшується і, нарешті, кулька досягає такої швидкості, при якій прискорення стає рівним нулю, тоді рівняння (5) набуває вигляду:
В цьому випадку кулька рухається з постійною швидкістю. Такий рух кульки називається сталим. Вирішуючи рівняння (6) щодо коефіцієнта внутрішнього тертя, отримаємо
Формула (7) справедлива для кульки, падаючого в безмежно тягнеться рідини. Практично неможливо здійснити падіння кульки в безмежному середовищі, так як рідина завжди знаходиться в якомусь посудині, що має стінки. Якщо кулька падає уздовж осі циліндричної посудини радіусу. то облік наявності стінок призводить до наступного виразу для коефіцієнта в'язкості:
Наявність таких меж рідини, як дно посудини і верхня поверхня рідини, цією формулою не враховується.
1. Виміряти діаметр кульок за допомогою мікроскопа з окулярним мікрометрів. Для цього кульку покласти на предметне скло і помістити під мікроскоп. Сфокусувавши мікроскоп, зробити відлік поділок окулярного мікрометра.
2. Пінцетом опустити кулька в циліндр з рідиною якомога ближче до його осі; очей спостерігача повинен бути при цьому встановлено проти верхньої мітки на циліндрі з рідиною. У момент проходження кульки через цю мітку пустити в хід секундомір. Після цього очей помістити проти другої мітки і в момент проходження кульки через неї зупинити секундомір. Досвід зробити з трьома кульками.
3. Визначити швидкості кульок за формулою:
де l - відстань між двома мітками, t - час падіння кульки.
4. Підставляючи в формулу (8) значення. а також і. знайти величину коефіцієнта внутрішнього тертя для кожної кульки.
5. Результати вимірювань і обчислень занести в таблицю.
6. Визначити середнє значення для коефіцієнта внутрішнього тертя.
7. Оцінити довірчий інтервал середнього результату за формулою (для довірчої ймовірності 0,95):
8. Остаточний результат представити у вигляді:
1. Що таке в'язкість? В яких одиницях вимірюється коефіцієнт в'язкості?
2. Які сили діють на кульку, що падає в рідині?
3. Сформулюйте закон Стокса.
4. Чому, починаючи з деякого моменту часу кулька, починає рухатися рівномірно?
5. Як змінюється швидкість руху кульки зі збільшенням його діаметра?
Розміщено на Allbest.ru
подібні документи
В'язкість - властивість текучих тіл (рідин і газів) чинити опір переміщенню одного шару речовини щодо іншого. Визначення коефіцієнта в'язкості рідини методом Стокса. Закони та співвідношення, використані при розрахунку формули.
Суть методу Стокса за визначенням коефіцієнта в'язкості. Визначення сил, що діють на кульку при його русі в рідині. Оцінка залежності коефіцієнта внутрішнього тертя рідин від температури. Вивчення ламінарних і турбулентних течій.
Експериментальна перевірка формули Стокса і умов її застосування. Вимірювання динамічного коефіцієнта в'язкості рідини; число Рейнольдса. Визначення опору рідини, що тече під дією зовнішніх сил, і опору рухається в ній тілу.
Сутність ньютонівської рідини, її відносна, питома, приведена і характеристична в'язкість. Рух рідини по трубах. Рівняння, яке описує сили в'язкості. Здатність реальних рідин чинити опір власним течією.
Визначення в'язкості біологічних рідин. Метод Стокса (метод падаючої кульки). Капілярні методи, засновані на застосуванні формули Пуазейля. Основні переваги ротаційних методів. Умови переходу ламінарного течії рідини в турбулентний.
Причина виникнення сил в'язкого тертя в рідинах. Рух твердого тіла в рідині. Визначення в'язкості рідини за методом Стокса. Експериментальна установка. В'язкість газів. Механізм виникнення внутрішнього тертя в газах.
Сили і коефіцієнт внутрішнього тертя рідини, використання формули Ньютона. Опис динаміки за допомогою формули Пуазейля. Рівняння Ейлера - одне з основних рівнянь гідродинаміки ідеальної рідини. Перебіг в'язкої рідини. Рівняння Нав'є-Стокса.
Визначення в'язкості гліцерину і касторової олії, знайомство з методом Стокса. Види руху твердого тіла. Визначення експериментально величини кутового прискорення, моменту сил при фіксованих значеннях моменту інерції обертається системи установки.
Рівняння нерозривності потоку рідини. Диференціальні рівняння руху Ейлера для ідеальної рідини. Сили, що виникають при русі реальної рідини. Рівняння Нав'є - Стокса. Використання рівняння Бернуллі для ідеальних і реальних рідин.
Основна властивість рідини: зміна форми під дією механічного впливу. Ідеальні і реальні рідини. Поняття ньютонівських рідин. Методика визначення властивостей рідини. Освіта вільної поверхні і поверхневий натяг.
Роботи в архівах красиво оформлені згідно з вимогами ВНЗ і містять малюнки, діаграми, формули і т.д.
PPT, PPTX і PDF-файли представлені тільки в архівах.
Рекомендуємо завантажити роботу.