ВИЗНАЧЕННЯ
КОЕФІЦІЕНТА В’ЯЗКОСТІ РІДИНИ
ТА ВЕЛИЧИНИ СИЛИ СТОКСА
Мета роботи
Виміряти коефіціент в’язкості рідини методом Стокса і визначити величину сили Стокса.
Прилади і матеріали
Довга скляна трубка, наповнена досліджуваною рідиною, свинцеві кульки, секундомір, мікрометр.
EMBED PBrush Опис вимірювального пристрою
Трубка з досліджуваною рідиною має дві позначки: верхню S і нижню F. (Рух кульки між позначками – рівномірний). Проміжок часу t, протягом якого кулька проходить відстань між позначками, визначають секундоміром; діаметр кульок d вимірюють мікрометром.
Виведення розрахункових формул
Визначення коефіцієнта в’язкості методом Стокса за формулою (1)
EMBED Equation.3 (1)
вимагає падіння кульки в рідині безмежно великого об’єму. Якщо рух кульки відбувається в обмеженому об’ємі рідини, наприклад у трубці діаметром D, що значно перевищує діаметр кульки d, у формулу (1) вноситься поправка і формула набуває вигляду:
EMBED Equation.3 (2)
Оскільки рух кульки на відрізку між позначками S i F рівномірний, то її швидкість
EMBED Equation.3 , (3)
де t – час руху кульки на вказаному відрізку.
Враховуючи (3), формулу (2) і вираз для сили Стокса подамо у вигляді:
EMBED Equation.3 (4)
EMBED Equation.3 (5)
При підготовці до виконання роботи використати:
Теоретична частина. Розділ 6.1; Додатки 1, 2.
Послідовність виконання роботи
Завдання 1
Виміряти мікрометром діаметр кульки d.
Опустити кульку в рідину і за допомогою секундоміра визначити час t проходження кулькою відстані L між позначками S i F.
Вимірювання, зазначені в пунктах 1,2, провести ще для трьох кульок; результати вимірювань занести в таблицю.
За формулою (4) обчислити для кожної кульки величину EMBED Equation.3 .
5. Розрахувати абсолютну і відносну похибки.
Завдання 2
1. Використовуючи визначену величину EMBED Equation.3 сер., обчислити за формулою (5) величину сили Стокса EMBED Equation.3 для кульки №4.
2. Для кульки №4 розрахувати величину сили Стокса FT як різницю між силою тяжіння і виштовхувальною силою Архімеда, що діють на цю кульку.
EMBED Equation.3 (6)
3. Оцінити відносну похибку у визначенні сили Стокса згідно з формулою:
EMBED Equation.3 (7)
густина досліджуваної рідини EMBED Equation.3 р = 1,26 ?103 кг/м3
густина матеріалу кульки EMBED Equation.3 T = 11,3 ?103 кг/м3
відстань між позначками на трубці L = 650 мм
внутрішній діаметр трубки D = 25 мм
Таблиця результатів вимірювань і розрахунків
Контрольні запитання
Що називається коефіцієнтом в’язкості?
Пояснити молекулярно–кінетичний механізм в’язкості в рідинах.
Що називається ґрадієнтом швидкості?
В яких одиницях вимірюється коефіцієнт в’язкості?
У чому полягає метод Стокса?
Вивести формулу для визначення коефіцієнта в’язкості методом Стокса.
Записати і пояснити формули (5) та (6) для розрахунку сили Стокса.
Рекомендована література
1. Курс фізики / За редакцією І.Є.Лопатинського.
– Львів: Вид. «Бескид Біт», 2002.
2. Трофимова Т.И. Курс физики.– М.: Высшая школа, 1990.
3. Савельев И. В. Курс общей физики, т.1 –М.: Наука, 1982.
