- •Часть I.
- •Исследование косого удара о наклонную плоскость
- •Теоретическая часть
- •Закон сохранения полной механической энергии
- •Неупругое соударение тел
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Упругий удар шаров
- •Теоретическое описание.
- •Порядок выполнения работы
- •Изучение скорости пули с помощью баллистического маятника
- •Теоретическое описание
- •Закон сохранения полной механической энергии
- •Закон сохранения импульса
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Измерение скорости пули с помощью физического маятника
- •Теоретическое описание.
- •Правило правого винта.
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Изучение скорости пули с помощью вращающейся платформы.
- •Теоретическое описание
- •Закон сохранения полной механической энергии
- •Закон сохранения момента импульса
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Изучение вращательного движения
- •Т Рис.1 еоретическое описание
- •П орядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Определение моментов инерции методом колебаний
- •Т Рис.1 еоретическое описание
- •1. Определение Jc – момента инерции стержня относительно оси симметрии.
- •2 Рис.3 . Определение ja момента инерции стержня относительно оси, перпендикулярной ему и проходящей через конец.
- •Момент инерции
- •Терема Штейнера
- •Порядок выполнения
- •Контрольные вопросы
- •Определение радиуса кривизны вогнутой поверхности методом катающегося шарика
- •Теоретическое описание
- •Закон сохранения полной механической энергии
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Определение момента инерции тел методом крутильных колебаний
- •Описание лабораторной установки.
- •Порядок выполнения работы
- •Краткие теоретические сведения
- •1. Момент инерции плоской прямоугольной пластины относительно оси, проходящей через центр масс перпендикулярно ее плоскости.
- •2. Момент инерции плоской треугольной пластины относительно оси, проходящей через центр масс перпендикулярно ее плоскости.
- •Контрольные вопросы
- •Определение коэффициента трения качения
- •Т Рис.1 еоретическое описание
- •Закон сохранения полной механической энергии.
- •Закон изменения механической энергии.
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Определение силы трения скольжения
- •Теоретическое описание
- •Закон сохранения полной механической энергии
- •Закон изменения механической энергии.
- •Закон сохранения импульса
- •Закон изменения импульса.
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •1.Савельев и.В. Курс общей физики. Т.1. М:Наука, 1986.- гл.II, §15, 20-22, 24, 27
- •Определение ускорения свободного падения с помощью физического маятника
- •Теоретическое описание
- •Терема Штейнера
- •П орядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Изучение колебаний пружинного маятника
- •Порядок выполнения работы
- •Описание установки
- •Теоретическое описание Гармонические колебания.
- •Затухающие колебания.
- •Контрольные вопросы
- •Определение показателя адиабаты методом Клемана и Дезорма
- •Теоретическое введение
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Определение коэффициента поверхностного натяжения воды методом отрыва кольца
- •Описание установки.
- •Порядок выполнения работы.
- •Теоретическое описание.
- •Контрольные вопросы.
- •Определение коэффициента вязкости жидкости по методу Cтокса
- •Выполнение работы.
- •Теоретическое описание.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература.
- •Определение длины свободного пробега и эффективного диаметра молекул воздуха
- •Выполнение работы.
- •Теоретическое описание.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература.
Контрольные вопросы.
1. Написать общее вьфажение для вязкой силы и проиллюстрировать чертежом.
2. Дать определение динамического коэффициента вязкости. Какова единица его измерения в СИ?
3. Какие силы действуют на шарик, движущийся в глицерине?
4. Почему риска 1 должна находиться несколько ниже поверхности жидкости?
5. Вывести расчетную формулу динамического коэффициента вязкости г|.
6. Как вязкость жидкости зависит от температуры?
Литература.
1. Савельев И.В. Курс физики. Т.1 - М., Наука, 1989. 352 с. Пар. 78,79
Лабораторная работа № 16
Определение длины свободного пробега и эффективного диаметра молекул воздуха
Цель работы: ознакомиться с одним их методов определения микропараметров (средней длины свободного пробега и эффективного диаметра молекул воздуха) через макропараметры.
Выполнение работы.
Рис.1
2. Когда уровень воды в сосуде уменьшится приблизительно на 1 см, одновременно закрыть кран и остановить секундомер.
3. Записать время вытекания и новый уровень h2 воды.
4. Измерить термометром температуру t и барометром атмосферное давление P.
5. Вычислить коэффициент вязкости по формуле (5).
6. Вычислить среднюю длину свободного пробега по формуле (6).
7. Вычислить эффективный диаметр молекул воздуха d по формуле (7)
.Данные измерений и вычислений занести в таблицу:
h1,м |
h2, м |
, с |
Т, К |
Р, Па |
, кг/мс |
, м |
d, м |
|
|
|
|
|
|
|
|
Теоретическое описание.
Средней длиной свободного пробега молекул называется среднее расстояние, проходимое молекулой между двумя последовательными столкновениями с другими молекулами.
Рис.2
Следовательно, эффективный диаметр молекул уменьшается с повышением температуры. Правда, изменение d с ростом температура незначительно. Величина называется эффективным сечением молекулы.
Молекулярно-кинетическая теория газов приводит к выводу. Что длина свободного пробега обратно пропорциональна концентрации n и эффективному поперечному сечению молекулы
. (1)
Эта формула имеет очевидный физический смысл: свободный пробег тем меньше, чем гуще расположены молекулы (т.е. чем больше n) и чем больше перекрываемая каждой молекулой площадь (т.е. чем больше ).
При постоянной температуре плотность молекул n пропорциональна давлению газа. Следовательно, длина свободного пробега обратно пропорциональна давлению:
.
Из-за уменьшения эффективного диаметра молекул длина свободного пробега при повышении температуры слабо растет.
Измерить практически невозможно, но через выражаются все коэффициенты переноса, которые сравнительно просто можно измерить на опыте.
Динамическая вязкость газов выражается следующим образом: (2)
где – средняя скорость газовых молекул, – плотность газа.
Сначала нужно измерить вязкость , затем по формуле (2) вычислить свободный пробег и, наконец, по формуле (1) вычислить или d.
Что касается опыта, то нужно выбрать такое физическое явление, чтобы оно позволяло простым образом измерить вязкость воздуха.
В настоящей работе в качестве такого явления используется вязкое течение воздуха через капилляр.
Рис.3
Если на концах капилляра создать разность давлений , то в капилляре возникает вязкое течение воздуха, профиль скоростей которого показан на рис.3. За время через него протекает объем воздуха V, который можно вычислить по формуле Пуазейля:
(3)
где – радиус капилляра, – его длина.
Разность давлений на концах капилляра устанавливается благодаря тому, что через кран К из баллона вытекает вода.
Необходимо, чтобы вода вытекала каплями. Тогда давление воздуха в баллоне и гидростатическое давление столба жидкости высотой h уравновесят атмосферное Р давление т.е.
,
откуда следует
Так как h меняется медленно, причем изменение линейное, то в формулу (3) следует подставлять среднее значение
(4)
С другой стороны, объем воздуха, прошедшего через капилляр, равен объему вытекающей воды, который легко определяется по формуле
.
Итак, следует измерить 4 величины: V, , h1 и h2. Затем найти по формуле (4) и из формулы (3).
(5)
Остается вычислить , и d. Для этого нужно несколько преобразовать исходные формулы (1) и (2).
Учитывая, что и , из формулы (2) находим
(6)
Так как , то из формулы (1) имеем:
(7)
Во всех формулах – радиус капилляра, – длина капилляра, S – площадь сечения сосуда с водой, =1000 кг/м3 – плотность воды, R = 8,31 Дж/мольК – универсальная газовая постоянная, k = 1,381023 Дж/К – постоянная Больцмана, = 0,029 кг/моль – молярная масса воздуха, g = 9,8 м/с2 – ускорение свободного падения, T = (t+273)K