Теория метода и описание установки

Владимирский государственный университет

Имени Александра Григорьевича и

Николая Григорьевича Столетовых»

Кафедра: «ФПМ»

Дисциплина: Физика

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6.01

Определение коэффициента внутреннего трения жидкости методом падающего шарика (метод Стокса)

Утверждена на методическом

семинаре кафедре ФПМ

Зав.кафедрой_____________

Лабораторная работа № 6.01

Определение коэффициента внутреннего трения жидкости методом падающего шарика (метод Стокса)

Цель работы: определить коэффициент внутреннего трения жидкости методом падающего шарика.

Приборы и принадлежности: стеклянный цилиндр на подставке, микроскоп с предметным стеклом и осветителем, секундомер, пинцет, шарики, миллиметровая бумага.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

1. Не ставить мензурки с образцами масел на край стола.

ТЕОРИЯ МЕТОДА И ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Коэффициент вязкости может бытьопределен методом падающего шарика в вязкой среде (метод Стокса). Рассмотрим свободное падение тела (.в нашем случае - свинцового шарика) в вязкой покоящейся жидкости, На шарик, свободнопадающий в такой жидкости действует;

1. Сила тяжести:

P=mg= pr³r₂g (1)

где r - радиус шарика,

r₂ - плотность шарика,

g- ускорение свободного падения.

2. Выталкивающая сила(по закону Архимеда)

F₁= pr³r₁g (2)

где r₁ - плотность жидкости.

3. Сила сопротивления движению, вычисленная Стоксом, обусловленная силами внутреннего трения между слоями жидкости:

F = 6prhu (3)

где u - скорость слоев жидкости,

h - коэффициент вязкости жидкости.

Подчеркиваем, что здесь играет роль не трение шарика о жидкость, в трение отдельных слоев жидкости друг от друга, так как при соприкосновении твердого тела с жидкостью к поверхности тела тот час же прилипают молекулы жидкости. Тело обволакивается слоями жидкости и связано с ним межмолекулярными силами. Непосредственно прилегающий к телу слой жидкости движется вместе с телом со скоростью движения тела. Этот слой увлекает в своем движении соседний слои жидкости, которые на некоторый период времени приходят в плавное безвихревое движение (если скорости и

шарики маленькие). Направление этих сил показано на рис.1

рис. 1

Равнодействующаясил, действующих на шарик:

R = P - (F₁ + F) (4)

Вначале скорость шарика будет возрастать, но так как по мере увеличения скорости шарика сила сопротивления будет тек же возрастать, то наступит такой. момент, когда сила тяжести Р будет уравновешена суммой сил F и F₁, равнодействующая сила R станет равной 0, т.е.:

P - (F₁ + F)=0 (5)

С этого момента движение шарика становится равномерным с какой-то скоростью U=U₀.

Подставляя в (З) соответствующие значения Р; F и F₁, получим для коэффициента вязкости выражение:

h= (r₂-r₁) (6)

Экспериментальная установка состоит из стеклянного цилиндра А наполненного исследуемой жидкостью, На цилиндре две горизонтальные -метки (проволочные кольца) а и в, расположенные друг от друга на расстоянии l (верхняя метка должна быть ниже уровня жидкости на 5-8 см), диаметры шариков измеряют микроскопом и окулярным микрометром. Окулярный микрометр представляет собой тонкую стеклянную пластину с нанесённой нанее шкалой. Эта пластинка установлена в фокальной плоскости окуляра микрометра.