9. Движение вязкой жидкости. Коэффициент вязкости. Методы определения коэффициента вязкости. Центрифугирование. Ламинарное и турбулентное течения.

Ответ. При движении реальной жидкости между ее слоями возникают силы внутреннего трения, или силы вязкости. Со стороны слоя, движущегося более быстро, за счет сил межмолекулярного сцепления действует ускоряющая сила, а со стороны слоя, движущегося более медленно, на более быстрый слой действует замедляющая сила. Эти силы направлены по касательной к поверхности слоев и называются силами внутреннего трения. Сила внутреннего трения пропорциональна градиенту скорости и площади соприкасающихся слоев текущей жидкости. Течение жидкости называется ламинарным (слоистым), если выделенный вдоль потока слой скользит относительно соседних, не перемешиваясь с ними. Ламинарное течение стационарно. Течение жидкости называется турбулентным (вихревым), если в потоке происходит перемешивание частиц жидкости. Турбулентное течение нестационарно. Коэффициент вязкости есть физическая величина, характеризующая силу внутреннего трения в жидкости. Сила трения между слоями определяется выражением (формула Ньютона): , где - предел отношения разности скоростей слоев к расстоянию Δx между слоями в направлении, перпендикулярном скорости (градиент скорости), S - площадь слоев. Величина показывает, как быстро меняется скорость при переходе от слоя к слою в направлении х, перпендикулярном направлению движения слоев, и называется градиентом скорости. Существует много способов определения вязкости жидкости, наиболее распространённые: метод Пуазейля - этот метод основан на ламинарном течении жидкости в тонком капилляре метод Стокса - этот метод определения вязкости основан на измерении скорости падения в жидкости медленно движущихся небольших тел сферической формы . Центрифугирование- метод разделения (сепарации) неоднородных систем под действием искусственного гравитационного поля, создаваемого во вращающихся системах. Например, разделение суспензий, эмульсий на составные части с различной плотностью. Вращение с большой частотой позволяет значительно ускорить процесс разделения по сравнению с разделением в поле тяжести Земли. На частицу с объёмом V в гравитационном поле действует сила тяжести mg=чVg , а архимедова сила FА =ρжVg, ρч - плотность частицы,ж - плотность жидкости: Fp= FA- mgρч =(ρж-ρч)Vg. Если ρж > ρч, частица поднимается вверх. Если ρж < ρч, частица опускается вниз.

10. Уравнение гармонических колебаний. Амплитуда, период, частота, фаза колебаний. Энергия гармонических колебаний.

Ответ. Гармоническими колебаниями называют такие колебания, при которых переменная величина изменяется в зависимости от времени по закону синуса или косинуса. Пусть происходят гармонические колебания никоторого параметра s, тогда они описываются как: s=Acos(ωt+φ), где A=smax - амплитуда колебаний; ω - циклическая (круговая) частота колебаний; φ - начальная фаза колебаний (фаза при t=0); (ωt+φ) - фаза колебаний. Амплитуда колебаний — это наибольшее отклонение колеблющегося тела от положения равновесия, измеряется в единицах длины. Период колебаний — это наименьший промежуток времени, через который система, совершающая колебания, снова возвращается в то же состояние, в котором она находилась в начальный момент времени, выбранный произвольно; время, за которое совершается одно полное колебание, измеряется в единицах времени. Частота колебаний — это число колебаний, совершаемых за единицу времени. Единица частоты в СИ герц (Гц). Частота и период колебаний связаны соотношениями: . Циклическая частота — это число колебаний, совершаемых за 2π секунд. Она связана с обычной частотой v и периодом колебаний Т соотношениями: . Фаза колебаний — это величина, которая определяет положение колебательной системы в любой момент времени. Обозначается φ. Измеряется в радианах. При гармонических колебаниях фаза является аргументом функции cos (ωt +φo), где ω — циклическая частота колебаний, t — время, φo — начальная фаза колебаний, т. е. фаза в начальный момент времени. Кинетическая энергия равна: . Потенциальная энергия: . Складывая, с учетом соотношения , получим: E = E_K + E_П = . Таким образом, полная энергия гармонического колебания остается постоянной в отсутствие сил трения, во время колебательного процесса кинетическая энергия переходит в потенциальную и наоборот.