Описание установки и вывод расчетной формулы. В состав лабораторной установки входят: прозрачный цилиндрический сосуд с исследуемый жидкостью, набор металлических шариков
В состав лабораторной установки входят: прозрачный цилиндрический сосуд с исследуемый жидкостью, набор металлических шариков, микрометр, секундомер.
Согласно закону Стокса, при движении шарика в вязкой жидкости с небольшой скоростью, когда нет вихрей, сила сопротивления равна
, (2)
где 
— вязкость жидкости; 
— скорость движения шарика, м/с; 
— радиус шарика, м.
На движущийся шарик с плотностью ρ и объемом V в жидкости действуют три силы (рисунок 1): сила сопротивления 
, сила тяжести 
и выталкивающая (архимедова) сила 
.
Рисунок 1 Движение шарика в жидкости
Учитывая, что масса 
, объем шарика 
, получаем силу тяжести:
(3)
и выталкивающую силу:
, (4)
где 
— плотность жидкости, кг/м3. Сила тяжести и выталкивающая сила постоянны, сила сопротивления прямо пропорциональна скорости. После опускания шарика в жидкость он движется ускоренно. По мере увеличения скорости увеличивается и сила сопротивления и при определенной скорости 
наступает момент, когда сумма всех действующих сил на шарик равна нулю, и он начинает двигаться равномерно.
В этом случае имеем равенство
. (5)
Подставляя значения сил из формул (2-4) в (5), получаем
.
Откуда
. (6)
Для определения вязкости по методу Стокса используется прозрачный цилиндрический сосуд с исследуемой жидкостью (рисунок 2). На нем имеются две кольцевые метки А и В. Метка А соответствует той высоте, начиная с которой движение шарика становится заведомо равномерным. Нижняя метка В нанесена для удобства отсчета времени.
Опуская шарик в сосуд, отмечают по секундомеру время 
прохождения шариком расстояния 
между метками АВ. Так как 
, то формула (6) принимает вид:
, (7)
где 
- диаметр шарика, м.
Рисунок 2 Цилиндрический сосуд с исследуемой жидкостью
Введя обозначение С= 
, получим расчетную формулу
. (8)
Порядок выполнения работы и требования
К оформлению результатов
3.1 При подготовке к лабораторной работе необходимо изучить и законспектировать следующие библиографические источники:
- для неинженерных специальностей С. 153–158, 164–166 /1/.
- для инженерных специальностей С. 175–184, 191–194 /2/; С. 95–97 /3/.
3.2 Ознакомиться с установкой и методикой выполнения работы.
3.3 Измерить микрометром диаметр шарика.
3.4 Измерить время прохождения 
шариком расстояния между метками А и В.
3.5 Измерить расстояние 
между метками.
3.6 Вычислить вязкость 
по формуле (7) или (8).
3.7 Произвести аналогичные измерения и вычисления еще минимум с четырьмя шариками и найти 
по формуле
,
где 
- количество измерений.
3.8 Определить абсолютную погрешность для каждого опыта по формуле
- - - - - - - -
.
3.9 Вычислить среднеквадратичное отклонение коэффициента вязкости 
.
3.10 По таблицам коэффициентов Стъюдента (приложение А) найти 
для n и доверительной вероятности Р=0,997.
3.11 Вычислить погрешность 
по формуле
.
3.12 Определить относительную погрешность по формуле
.
3.13 Результаты измерений и расчетов представить в таблице 1.
Таблица 1 Параметры установки, результаты измерений и вычислений
| №, п/п | Обозначения физических величин | |||||||||
 |  |  , м | , м | , с | |  |  |  |  | |
3.14 Записать окончательный результат в виде
.
3.15 Сделать выводы.
Контрольные вопросы
4.1 От чего зависит сила внутреннего трения?
4.2 Чем обусловлено внутреннее трение в жидкостях?
4.3 Какие силы действуют на шарик, движущийся в жидкости?
4.4 В каких единицах измеряется коэффициент вязкости?
4.5 Что называется градиентом скорости?
4.6 Какое течение называется ламинарным, а какое турбулентным?
4.7 Что характеризует число Рейнольдса?
4.8 Какими параметрами и как определяется вязкость жидкости?
4.9 Какой характер течения жидкости рассматривается в методе Стокса по определению вязкости? Почему?
4.10 Охарактеризовать зависимость вязкости жидкости от температуры.
4.11 Как связана вязкость с гидродинамической теорией смазки?
Лабораторная работа №2