книги из ГПНТБ / Ольвовская М.Б. Основы механики и строения вещества учеб. пособие
.pdfфизического маятника?
2 . Сформулируйте теорему Штейнера и найдите применяя эту теорему.
3 . Что такое модуль кручения?
Л и т е р а т у р а
Фриш С .Э ., Тиморева А .В .. "Курс облей физика", т . І
Путилов К .А .. "Курс физики", т . І .
Р а б о т а № 7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФОИДИША ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ (ВЯЗКОСТИ) ЖИДКОСТИ ПО МЕТОДУ СТОКСА
Приборы и материалы; стеклянный цилиндр с двумя горизон тальными метками, наполненный исследуемой жидкостью, секундомер, масштабная линейка, микрометр, шарики.
I . Теоретическая часть
Между двумя” слоями жидкости, движущимися о различной окоростью, возникают силы внутреннего трения.
|
Происходит |
это |
от того, |
что на сдой, |
движущийся быот- |
||
рее |
(скорость |
|
v + c t W |
F) , |
действует со |
отороны оооедиего |
|
9 |
) |
сила |
|||||
сдоя |
(скорость |
|
|
, еаиедхяющая |
его движение, и |
||
на олой, движущийоя медленнее, действует вида, покоряющая
его движение. |
|
F |
пропорционадь-а влоиади |
|
Сида внутреннего трения |
|
|||
соприкосновения слое» |
£ , |
градиенту скорости |
(и*^9 |
|
|
||||
менению скоросіи |
i f |
на |
единицу длины в направлении, пер |
||||||
пендикулярном |
СКОРОСТИ), |
Т.0, |
|
|
(I) |
||||
где |
^ |
- |
коэффициент пропорциональности, называемый |
||||||
|
|
|
коэффициентом внутреннего трения или вязкос |
||||||
|
|
|
тью жидкости. |
|
|
равен той силе, которая |
|||
Численно коэффициент |
вязкости |
||||||||
действует |
на |
единицу |
площади |
ö S |
|
= і , когда на единицу |
|||
длины, |
взятой перпендикулярно |
к вектору скорости слоев, |
|||||||
окорость |
меняется |
на |
единицу |
~ ~ |
= |
{ |
|||
За единицу вязкости в системе СГС принята вязкость |
|||||||||
такой жидкости, в которой |
при градиенте окорости, равном |
||||||||
I ом/сек.см = |
I сек "*, на |
каждый квадратный оаитимеТр пло |
|||||||
щади соприкосновения |
слоев действует сила, равная I дине . |
||||||||
Эта единица вязкости называется пуазом (по имени французского ученого Пуѳзейля).
За единицу вязкости в системе СИ принята вязкость та кой жидкости, в которой при градиенте скорооти, равном
I м/сек.м= I сек- * , на каждый квадратный метр площади слоев действует сила, равная I ньютону.
Коэффициент внутреннего трения жидкости о большой вяз костью можно определить методом падающего шарика. Этот ме тод был предложен Стокоом.
Опустив в вязкую жидкость твердый шарик малых; разме ров, можно наблюдать, что вначале шарик падает в жидкости ускоренно, однако, через некоторое время пооле начала па дения движение оарика станет равномерным.
Это означает, что сумма всех онл, действующих на ша рик, равна нулю и шарик движется с постоянной скороотью по инерции.
до На твердый шарик, падающий в вязкой жидкости, дѳйотву-
us |
три силы: |
|
|
|||
|
I) |
sea |
шарика |
|
(2) |
|
где |
£ |
|
■ |
P = f - X z 3c/^ , |
||
|
радиус шарика, |
|
|
|||
|
Oit |
- |
длотиооть материала шарика, |
|
||
|
^ $ |
|
|
|||
|
* |
|
- |
ускорение силы хяиеоти; |
|
|
|
2} оиль подъемная (закон Архимеда),»равная веоу выхео- |
|||||
аенной шариком жидкости.' Эха |
оила направлена вверх. |
|||||
где |
oL - |
|
Р*= |
S |
|
|
|
плотность испытуемой жидкости; |
|
||||
|
3) |
4 |
|
|
обусловленная |
сидами внутрен |
|
сила оопроіиаления, |
|||||
него трения жидкости. Она направлена вверх, противоположно скорости движения шарика. /
Подчеркнем, что здеов играет ролъ ве трение шарика о жидкооть, а трение отдельных слоев жидкоохи друг о друга, ибо при полном омачивании слой жидкоохи, непосредственно прилегающий к твердому телу, прилипает к его поверхности и движется со овороотьш шарика; следующие алой увлекаются телом о меньшей скоростью. Поэтому между опоями жидкоохи возникает оила трения.
Стоко показал, что волы шарик падает в жидкоохи, про стирающейся безгранично по воем направлениям, не вызывая завихрений (доотигаеюя при малой окорооти падения и малых размерах шарика), то оила сопротивления трения равна
где ^ - |
Р = » ( S T t jir Z , |
(4) |
|
коэффициент вязкоохи |
жидкоохи, |
||
у- |
- |
окорость движения шарика, |
|
|
|||
В начале движения равнодействующая трех ом» F , P j щ направлена вниз - (тело движется ускоренно). С воз
растанием окорооти движения увеличивается сиха т р ав м ,
61
поэтому наступает момент, когда равнодействующая всех сил станет равна нута. С этого момента шарик будет двигаться равномерно. Следовательно, при равномерном падении шарика имеем:
где V, - скорость разномерного падения.
Откуда коэффициент внутреннего трения жидкости равен
где ^ - диаметр шарика.
Целью данной работы является определение коэффициента внутреннего трения жидкости описанным .-методом. Как видно из формулы ( I ) , для этого нужно опытным путем определить: диаметр шарика, плотность материала шарика и жидкоото и скорость'равнонерного падения. <
И, Описание аппаратуры и метода измерений
Для определения коэффициента вязкости методом падаю щего шарика используется стеклянный цилиндр о двумя метками, расположенными на расстоянии € друг от друга.
Верхняя метка находится |
на 5-8 см ниже уровня жидкости, |
|
В крышке цилиндра имеются два отверстия: |
боковое для термо |
|
метра и отверстие в центре - |
для шарика. |
|
Для определения скорости шарика ѵс определяют (рас стояние € масштабной линейкой и время падения секундомером.
Диаметры шариков определяют микрометром.
Плотность шарика известна: 11,4 3/см3.
Плотность жидкости определяется при помоши ареометра.
6 2
Ш. ІІорндок выполнения раооты
1. При поыоши ыикронеѵр’а опредоди».т диаметр 3-4-х ша риков, Диаметр каждого измеряют не ыоиее пяти раз по различ ным направлениям. данные записываются в sadл . I .
2. Измеряют время падешш каждого шарика между двумя нашими. Дли этого фиксируют глаз на парной метко. Бросают шарик, и в цемент его прохождения через верхнюю метку вклю чают секундомер, Ватем ’фиксируют глаз на' нижней метке и в ыоыент прохождения шарика через нее выключают секундомер.
Результат запиоивают в табл. 2 с точностью до 0,2 сек.
3. Масштабной линойкоіі о точностію до I мм измеряют расстояние между метками tf .
4. Определяют температуру жидкости t
5. Определяю'! плотность жидкости при поасци ареометра. После рао'сты ареометр необходимо сразу же винить.
6 . Вычисляют коэффициент вязкости в системе СГС и СИ.
7 . Определяют погрешности измерений
8. Записывают результат измерения в системе СИ. При этом обязательно указывают температуру жидкости.
Измерение диаметра шариков |
|
|
Таблица I |
|||||
Нонер |
Шарик н° |
I |
Шарик ;і' 2 . j Шарик !н 3 |
Шарик 16 Д |
||||
изие- |
1% |
&% |
1 % |
\&% |
% |
|
5)ѵ |
|
рений |
|
|
|
|
|
|
а |
|
I |
|
|
|
1 |
\ |
|
|
|
2 |
|
|
|
J1 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
!і |
1 |
! |
|
|
k |
|
|
|
I |
|
|
||
5 |
|
|
|
|
|
|||
|
К —--- f- |
1 |
|
! |
! |
|
|
|
|
--------- і-------- 1--------- ;-------- |
|
||||||
Среднее, |
I |
|
і |
|
|
а. |
|
|
значение ____ |
........... j |
|
|
|
|
|||
*3
£
Номера |
здний |
Время |
шарика |
,,ламетр |
движения |
|
шарика |
между мет |
|
|
ками |
Таблица 2
•Скорость •Коэффидвижения циѳнт шара вяекооти *2
«
I 2 3
А
Среднее
значение
ІУ , Содержание отчета
Отчет о работе должен включать: t
1 . Теоретическое обоонованиѳ работы.
и 2. 2 . Запись наблюдений и измерений, сведенных в табл. I
3 . Вычисление коэффициента вязкости в пуазах и н.оек/в2.
4 . Вычисление погрешности результата.
5 . Окончательный результат.
У . Контрольные вопросы
I» В каких единицах измеряется вязкооть?
2 . Почему, начиная о некоторого момента времени, шарик движетоя равномерно?
3 . Как изменяется скорость движения шарика о увеличе нием éro диаметра?
Л и т е р а тур а :
Фриш С .Э ., Тиморёва А .В .. "Курс общей физики", т . І . Путилов К .А . "Курс физики", т . І .
№
Р а б о т а В . ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ВОВДУХА
Приборы и катернаго;: колба о зажиноы на нодотавке, технические зеоы о раз.овеоамш до 0,01г териоиетр, алектроплнтка.
I . Теоретическая чаоіь
Целью данной работы является определение плотнооти воздухг. Для определения плотнооти нужно знать массу веще
ства |
и объом, |
занимаемый данной ыаосой. |
|
||
|
Следовательно, |
задача оводитсн к опытному определенна |
|||
наосы |
воздуха |
П |
, |
заполняющего некоторый объем |
, Так |
|
|||||
как плотность газов в сильной степени ваянии* от величины^
давления и темпера *уры, нужно определять плотнооть |
воадуха |
||||||||||
при юрмальньк уоловиях |
(при |
t " |
« 0°С н |
|
р |
» 760 |
мм H j), |
||||
Иа уравнения оостоянии идеальных гаэов имеем; |
|
|
|||||||||
где |
объем, который |
займет данная масоа |
газа |
|
п?ш |
||||||
Ѵ£ - |
|
||||||||||
|
нормальных уоловиях (Т0 - 273° |
я |
рл * |
760 мм |
|||||||
Определяем |
рт.отолба). |
|
|
|
|
|
|
|
( D |
||
|
V . |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Отсюда плотнооть при нормальных уоловиях равна |
|||||||||||
|
|||||||||||
|
% |
_ п г |
щ |
: |
|
|
|
|
|
(2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
65
П. Порядок выполнения работы
1. Наливают в колбу немного воды, подвешивают за пе тельку на подставке (при открытом зажиме!) и,нагревая на электроплитке, доводят воду до кипения и кипятят минут пять, чтобы находящийся в колбе воздух был вытеснен парами воды. Выключают цлитку и закрывают зажим.
2 . Подвешивают колбу к крючку весов, определяют массу колбы о паром с точностью до 0,01 г (М -і )
3 . При закрытом зажиме дают колбе остыть до комнатной температуры, а затем открывают зажим. При этом в колбу проникает воздух. Определяют массу колбы с воздухом (гпг ) .
Масса вошедшего воздуха будет равна : т = т л- т л
Отмечают температуру воздуха в комнате.
Определяют объем вошедшего*воздуха. Для этого на полняют колбу до зажима водой и определяют массу колбы а воды. Это сделано заранее, и эта jiacoa ( ) отмечена на приборе. Вычитая из массы колбы, заполненной водой, массу колбы о паром, находят массу вылитой из колбы воды, кото рую теперь вамѳотил воздух.
|
По ыасое воды определяют объем |
|
3 |
|
||
где |
|
Ші - п и |
|
|
или |
|
с^£„ - |
и ° |
' |
^/си |
|||
|
плотнооть воды, |
равная I |
|
|
||
1000 кг/м8.
5 . Определяют упругость сухого воздуха, находящегося в колбе. В колбе находятся насыщенные пары воды при коынатной температуре и сухой воздух. Общее давление в колбе по закону Дальтона равное оуммѳ этих давлений, т .ѳ . атмос ферному давлению Н. В таблицах отыскивают упругость насыцеиных паров воды при комнатной температуре и опреде ляют по барометру атмосферное давление Н.
Давление оухого воздуха в колбе определяют как раз-
66
носхь этих давлений.
Данные записывают в табл. I и 2 .
Определение массы и объема воздуха |
■■■ |
Таблица |
I |
|
|
|||||||||||
|
|
г1" ........Zpo/■■н/^опс—T' |
|
3 |
|
" '■ |
Т”' |
|
|
|
|
OY3 |
||||
Масса |
колбы Масса колбы Масса воз |
|
Масса |
|
г |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
колбы, Объем |
В |
|
||||||||||||
с парой в |
|
с воздухом |
духа |
в |
|
наполненной |
|
воздуха |
|
|||||||
|
|
|
в |
|
|
|
водой в |
|
|
|
т і ~ т і |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VI |
|
« k |
|
|
|
ь,ті |
|
пг= |
|
|
|
|
лт л |
V |
|
|
|
||||
т і |
т ь |
|
йШ |
|
|
|
И |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
-- |
|
|
Таблица 2 |
|
|
|||
|
Определение давления |
сухого |
воздуха |
|
|
|
|
|||||||||
Атмосферное |
.................Т |
|
|
|
t ° |
|
Давление сухо |
|
||||||||
Упругость |
|
|
|
|
|
|||||||||||
давление |
|
насыщенных |
Температура |
|
го |
воздуха |
|
|
|
|||||||
И |
й н |
08D0B |
й k ± |
вовдуха |
|
|
h |
|
|
ь р і |
|
|
||||
|
|
|
‘ А і |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б . |
|
.Вычислят |
плотность воздуха |
при вориальных |
усло |
|||||||||||
виях в |
системе СГС и СИ. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
? , |
Вычисляют погрешности результата. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
При определении погрешности результата вначале вычис |
|
|||||||||||||||
ляют относительную погрешность. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
8 . Записывают результаты изиѳрений в сиотѳме СИ.
|
|
Ш. Содѳрханиб отчета |
Отчет должен включать.* |
||
„ |
1 . Теоретическое обоснование работы. |
|
|
2 . |
# |
табх. |
Запиоь наблюдений и измерений, сведенных в |
|
I |
и 2 . |
|
|
3 . |
Вычисление погрешности результатов. |
|
Ь , |
Вычисление плотности вовдуха в 2 /ом8 и в кг/м8. |
|
5 . |
|
|
Окончательный результат. |
|
ІУ . Контрольные вопрооц
»
1 . Как изменяется плотность воздуха о увеличением температуры?
2 . Какой пар называется насыщенным?
3 . Подчиняются ля насыщенные пары вакоиу Бойяя-
Нариотта?
л и т е р а т у р а
Фрим С .Э ., Тиморѳва А .В . "Курс общей физики", т . I Путилов К .А . "Куро физики", т . І .
68