Задание 1. Определение вязкости глицерина при комнатной температуре

Измерения проводят в следующем порядке.

1. Измерить диаметр шарика с помощью микрометра или стойки с индикатором и записать в табл. 7.1.

2. Установить метки в определенных точках по шкале, расположенной вблизи цилиндра, например: 5, 20, 40, 60 см.

3. Подготовить секундомер к пуску и опустить шарик в цилиндр с глицерином как можно ближе к его оси.

4. В тот момент, когда шарик будет проходить самую верхнюю метку, нужно включить секундомер и в момент прохождения шариком второй метки записать мелом показания секундомера, не останавливая его. Шарик продолжает медленно падать, и в момент прохождения им третьей метки так же считывают и записывают показания секундомера без его выключения. В момент прохождения шариком последней метки секундомер выключают и записывают с него в табл. 7.1 время прохождения шариком расстояния между первой и последней метками. Предыдущие два замера также переписывают в табл. 7.1.

Примечание. Если секундомер позволяет производить несколько последовательных измерений, то вместо записей мелом нужно запускать секундомер на следующий круг при прохождении 2-й и 3-й меток.

5. Повторяют измерения с другим шариком. Всего получается шесть измерений времени с двумя шариками.

6. Измеряют и записывают температуру глицерина по шкале термометра, расположенного рядом с установкой.

Таблица 7.1

№ п/п	D,	l,	T,	,	,

Анализ и обработка результатов измерений

1. Определить и записать в табл. 7.1 отрезки пути l, пройденные шариком за соответствующие промежутки времени.

2. Вычислить скорость равномерного движения шарика  = l/t и записать в таблицу.

3. Для каждого из шести измерений вычислить вязкость глицерина по формуле (7.8), записать в табл. 7.1.

Примечание: рекомендуем вначале вычислить постоянный множитель C = g(₁ – ₂)/18 в единицах СИ. Плотность шариков и глицерина соответственно: 7,8 г/см³ и 1,2 г/см³. Эти значения, данные в системе единиц СГС нужно выразить в единицах СИ. Ускорение свободного падения – по табл. П.1 приложения 2.

4. Выполнить статистическую обработку результатов измерений по всем значениям .

5. Сравнить полученное значение коэффициента вязкости с табличным значением для глицерина, выявить возможные причины несоответствия.

Задание 2. Определение характера течения

1. Вычислить среднее значение кинематической вязкости жидкости  = /₂.

2. По результатам измерений вычислить критерий Рейнольдса (7.3), определить характер течения при движении шариков и оценить правомерность использования метода Стокса.

3. Определить, при каком наибольшем диаметре алюминиевых шариков их падение в воде можно считать соответствующим закону Стокса, приняв Re = 0,1. Кинематическая вязкость воды при комнатной температуре около 1 мм²/с.

Контрольные вопросы

1. Каковы цели лабораторной работы и что нужно сделать для их достижения?

2. Назовите составные части лабораторной установки и их назначение.

3. Какие величины измеряются в данной работе непосредственно? Какие вычисляются?

4. Определите размерности коэффициентов динамической и кинематической вязкости. Как называются единицы их измерения в системах СИ и СГС?

5. От каких величин зависит сила сопротивления движению тела в жидкости? Какова зависимость силы сопротивления от скорости для случаев медленного и быстрого движений?

6. Какая физическая величина называется градиентом скорости? Каковы его физический смысл и размерность?

7. Какой критерий подобия определяет характер течения? Запишите его формулу, проверьте размерность.

8. Какие силы действуют на шарик, падающий в жидкости? Почему, начиная с некоторого момента времени, шарик движется равномерно?

9. Как коэффициенты вязкости зависят от температуры?

10. Выведите формулу (7.5) и расчётную формулу (7.9).

11. Изобразите в виде графика зависимость скорости шарика от времени при начальной скорости ₀ = 0; ₀ > _равн.