№1 лабораториалыº ж½мыс
СҰЙЫҚТЫҢ ТҰТҚЫРЛЫҒЫН СТОКС ӘДІСІМЕН АНЫҚТАУ
жүктеу/скачать 5,85 Mb.
|
Нупирова А.М. Механика және молекулалық физика бөлімдері бойынша лаборатиялық практикум 2
| СҰЙЫҚТЫҢ ТҰТҚЫРЛЫҒЫН СТОКС ӘДІСІМЕН АНЫҚТАУ
Жұмыстың мақсаты: әртүрлі температурада машина майының тұтқырлық коэффициентін анықтау. Құрал-жабдықтар: штативке бекітілген шыны цилиндр, зерттелетін сұйық, майда шариктер, секундомер, микрометр, термометр, пеш. ЖҰМЫСТЫҢ ҚЫСҚАША ТЕОРИЯСЫ Сұйықтың әртүрлі қабаты әртүрлі жылдамдықпен қозғалады да, осы қабаттардың арасында ішкі үйкеліс күші пайда болады. Тәжірибе көрсеткендей ішкі үйкеліс күші қозғаушы қабапттардың беттерінің ауданы S-ке жылдамдық градиентіне (жылдамдық градиенті деп бір қабаттан екінші қабатқа өткенде жылдамдық оған перпендикуляр бағытта шапшаң өзгеруін айтады. Пропорцияналдық коэффицент тұтқұрлық коэффиценті деп аталады. Ішкі үйкеліс күшін Ньютон формуласы бойынша анықтауға болады: , (12.1) мұндағы – тұтқырлық коэффиценті. Тұтқырлық коэффициенті дегеніміз жылдамдық градиенті бірге тең болған жағдайда қабат қозғалған қабаттың бетінің бір өлшемінде пайда болатын күшке тең физикалық шама. «СИ» системасында [] = кг/м·с өлшенеді. Тұтқырлық коэффицентін тұтқыр ортада төмен түсіп келе жатқан шар әдісімен (Стокс әдісі) анықтауға болады. Ауырлық күші: , (12.2) мұндағы r – кішкене шар радиусы, – шардың тығыздығы, g – еркін түсу үдеуі. Архимед заңына сәйкес кері итеруші күш: , (12.3) мұндағы – сұйықтың тығыздығы. 3. Сұйық қабаттар арасындағы ішкі үйкелістің барлығына пайда болған шардың сұйықтағы қозғалысына қарсылық күш (Стокс формуласы): , (12.4) мұндағы – сұйық қабаттарының жылдамдығы. Бұл жерде біздің қарастыратынымыз шар мен сұйықтың үйкелісі емес, сұйық қабаттарының арасында олардың бір-бірімен жанасқан кезде пайда болатын үйкеліс. Шарға тікелей жатқан сұйық қабаты оның бетіне жабысады және толығынан сол денеге ілесіп қозғалады. Келесі қабат денеге ілесіп аз ғана жылдамдықпен қозғалады. Сөйтіп, сұйық қабаттарының арасында үйкеліс күші пайда болады. Біздің бұлай деп тұжырымдауымыз дененің жылдамдығы аз және формасы суымалы болып, сонан соң, дененің артында құйындар пайда болмайтын жағдайда ғана дұрыс есептелінеді. Осы күштердің қорытқы күші тең: . (12.5) Ауыр шар тұтқыр сұйық ішінде тек алғашқы кезде ғана үдей қозғалып, төмен түсе бастайды, оның түсу жылдамдығы артқан сайын, қарсылық күші де артып, шарға әсер етуші ауырлық күшін теңгере бастайды. Осы күштер бір-бірін теңгерген жағдайда қорытқы күш болады, яғни : . (12.6) Осы сәттен бастап шар белгілі жылдамдығымен бірқалыпты төмен түседі. (12.6) теңдеудегі қысқартатын шамаларды қысқартып, теңдеуді реттеп жазғаннан кейін тұтқырлық коэффициенті үшін мынандай теңдеуді аламыз. . (12.7) Осы (12.7) формула негізгі есептейтін формула болып табылады. Эксперимент қондырғысы ішіне зерттейтін сұйық толтырылған шыны цилиндрдің бетіне біріне-бірі белгілі қашықтықта орналасқан (а) және (б) белгілері орналасқан (жоғары белгі сұйық деңгейінен 5-8 см төмен орналасқан). Кішкене шарлардың диаметрлерін микрометрмен өлшейді. (12.7) формула шексіз сұйық үшін дұрыс орындалады және осы формуладан шар неғұрлым кішкене болса, берілген сұйық ішінде ол соғұрлым жай қозғалып, төмен түсетінін көруге болады. Егер цилиндр қабырғаларының әсерін ескергіміз келсе, онда (12.7) формуланың орнына төменгі формуланы қолдануға болады. , (12.8) мұндағы R – цилиндрдің радиусы, D – кішкене шардың диаметрі. ЖҰМЫСТЫҢ ОРЫНДАЛУ ТӘРТІБІ 1. Микрометрдің көмегімен әрбір кішкене шардың диаметрін 3-5 рет өлшеп, сонан соң радиустың орта мәнін табады. 2. Шарды цилиндрдің осіне жақын жерден сұйыққа тастайды (12.1 сурет). Шарды тастаған кезде цилиндрдің бетіндегі жоғарғы белгіге қарау керек. Кішкене шар жоғарғы белгіні өте бергенде секундомерді қосып, ал төменгі белгіге жеткенде секундамерді тоқтату керек. Секундомер кішкене шардың l аралығын қанша t уақытында өткенін көрсетеді. Кішкене шардың жылдамдықтары әртүрлі болғандықтан негізгі өлшеуді бастамастан бұрын, алдын-ала 1-2 шарды тастап және олардың l жолды жүріп өткен уақыттарын анықтап жаттығуы керек. Осыдан кейін тыңғылықты өлшеуді орындау керек. Тәжірбие кезінде алынған нәтижелерді 12.1 кестеге енгізу керек: 12.1 кесте
Анықтама: ρ2 = 11,34 г/см3. 20 °С температурадағы глицириннің тығыздығы : ρ1 = 1,26∙103 кг/м3. БАҚЫЛАУ СҰРАҚТАР 1. Негізгі есептеу формуласын қорытып шығару. 2. Тұтқырлық құбылысы. Тұтқырлық коэффициенті және оның бірлігі. 3. Сұйыққа төмен түсетін шарт қандай жағдайда бірқалыпты қозғалады? 4.Тұтқырлық коэффициентінің шамасы сұйықта қозғалатын кішкене шарлардың диаметріне және цилиндр ыдыстың диаметріне байланысты бола ма? 5. Жылдамдық градиенті, тұтқырлықтың температураға тәуелділігі. №13 ЛАБОРАТОРИЯЛЫҚ ЖҰМЫС жүктеу/скачать 5,85 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|