Методические указания к лабораторным занятиямпо дисциплине «Молекулярная физика» для студентов специальности «5В011000, 5В060400-физика»
жүктеу/скачать 7,07 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Краткие сведения из теории
| Описание установки (Рисунок 1). Для измерения используется стеклянный цилиндрический сосуд (вискозиметр), наполненный исследуемой жидкостью (глицерин, масло), и установленный вертикально. Диаметр сосуда и его длина указаны на установке. На стенках сосуда нанесены две метки (А и В), на расстоянии l друг от друга. Верхняя метка (А) расположена ниже уровня жидкости с таким расчётом, что скорость шарика к моменту прохождения этой метки успевает установиться.
Рисунок 1. Краткие сведения из теории Рассмотрим свободное падение шарика в вязкой жидкости. На всякое тело, двигающееся в вязкой среде, действует сила сопротивления среды, которая направлена против скорости движения тела v. При ламинарном обтекании шарика жидкостью (случай малых чисел Рейнольдса) сила сопротивления Fc определяется формулой Стокса =6rv (1) где - коэффициент внутреннего трения или вязкости жидкости (сокращённо её называют просто вязкостью), v – скорость падения шарика, r – радиус шарика. Кроме того, на шарик действует сила Архимеда FA и сила тяжести Fg. Сила Архимеда равна весу жидкости, вытесненной погруженным телом, и направлена вверх (против ускорения свободного падения g) (2) где ж – плотность жидкости, - объём шарика. Сила тяжести, действующая на шарик, определяется выражением (3) где - плотность шарика ( - масса шарика). В одномерном случае уравнение движения шарика в жидкости (второй закон Ньютона) имеет вид (4) С учётом равенств (1) - (3) формулу (4) перепишем в виде (5) Решая уравнение (5), найдём (6) где v (0) – скорость шарика в момент начала его движения, (7) (8) Из формулы (7) видно, что скорость шарика экспоненциально приближается к предельной . Установление предельной скорости определяется временем релаксации . Если время падения в несколько раз больше времени релаксации, то скорость падения шарика можно считать постоянной и равной . Предельную скорость шарика можно определить, измеряя расстояние между метками (l) c помощью линейки, а время падения (t) c помощью секундомера
Из равенства (7) с учётом (9) получим расчётную формулу для коэффициента вязкости (10) где (11) Значения величин g, , ж берутся из справочника, диаметр шарика (d) измеряется с помощью микрометра. Описанная выше методика определения вязкости правильна лишь в области применимости формулы Стокса . Если вычисленные значения вязкости () по формуле (10) не зависят от радиуса шарика, то это указывает на применимость формулы Стокса. жүктеу/скачать 7,07 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|