Порядок виконання роботи та обробка результатів вимірювань
Лабораторна робота №1
з дисципліни «Гідрогазодинаміка»
”ВИЗНАЧЕННЯ В’ЯЗКОСТІ РІДИНИ ПО СПОСОБУ СТОКСА”
МЕТА РОБОТИ:
визначення в'язкості рідини по способу Стокса та набуття навичок виконання та обробки матеріалів випробування.
ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ
Характер взаємодії молекул у рідині інший, ніж у газах, тому й фізичні причини прояву в’язкості також різноманітні. В’язкість рідини, на відміну від газу, обумовлена двома механізмами: взаємним тяжінням молекул і теплового хаотичного руху. При цьому перший чинник домінує. Кінетична енергія руху молекул у рідині така, що лише частина їх покидають свої місця і переміщуються по простору, який займає рідина.
На рисинку 1 б показаний графік залежності енергії зв'язку молекул від відстані між ними. З рисунка 1 б видно, що для рідин існує область негативних енергій (потенційна яма), яка по мірі збільшення температури зменшується. Оскільки цей чинник домінує над тепловим переносом кількості руху, то в'язкість рідини з ростом температури падає.
Для рідини має місце залежність, запропонована Ньютоном у якості гіпотези й аналітично знайдена Петровим,
(1)
де S - площа поверхні в'язкого тертя.
Розроблено багато лабораторних та виробничих засобів визначення в'язкості рідини, наприклад, Петрова, Стокса, Енглера, Сейболіта та ін.
У даній лабораторній роботі використовується спосіб Стокса, який заснований на спостереженні падіння твердої кулі в рідині.
ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ ТА ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ВИМІРЮВАНЬ
Лабораторний прилад показано на рисунку 1. Його основною частиною є скляна трубка, яка заповнена рідиною, що досліджується. В трубку декілька раз разр
кидають сталеву кульку певного діаметру та реєструють час, за який вона переміщується від точки А до точки В. Відстань між точками А і В (позначена l) відповідає шляху, що проходить кулька при падінні.
Рідина в трубці має бути залита вище відмітки А для того, щоб при підході кульки до неї, режим падіння був сталим.
|
(1)
При сталому руху кульки можна написати таке рівняння її рівноваги
(2)
де 
– сила ваги кульки; 
– сила Архімеда; 
– сила в'язкого тертя.
Сила ваги дорівнює 
(3)
сила Архімеда
(4)
сила в’язкого тертя
(5)
Для знаходження градієнту швидкості 
Стокс припустив, що градієнт швидкості може бути представлений у вигляді відношення 
. З урахуванням даних зауважень та підставляючи (3), (4), (5) у (2), отримуємо
(6)
Коефіцієнт К залежить від відношення діаметра кулі до діаметра трубки D. Із припустимою для лабораторних робіт помилкою виміру формулу (6) представляють у наступному вигляді:
(7)
Таблиця 1 – Вихідні параметри та результати розрахунку