Главная страница Случайная страница Разделы сайта АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Внутреннее трение (вязкость) - свойство реальных жидкостей оказывать сопротивление относительному перемещению слоев жидкости.
Силы внутреннего трения возникают между слоями жидкости и действуют по касательной к ним. Со стороны слоя, движущегося быстрее, на слой, движущийся медленнее, действует ускоряющая сила и наоборот, со стороны слоя, движущегося медленнее, на более быстрый слой действует задерживающая сила. С точки зрения молекулярно-кинетической теории силы внутреннего трения обусловлены главным образом сцеплением между молекулами, принадлежащими разным слоям. Пусть два слоя жидкости (рис.1), отстоящих друг от друга на расстоянии ∆ Z, движутся соответственно со скоростями υ 1 и υ 2. Величина , которая показывает, как быстро меняется скорость при перемещении от слоя к слою, называется градиентом скорости. Сила внутреннего трения F, действующая между слоями, пропорциональна площади соприкосновения движущихся слоев ∆ Ѕ и градиенту скорости : (1) где η - коэффициент внутреннего трения или коэффициент вязкости. Физический смысл коэффициента вязкости следует из формулы (1): если ∆ Ѕ =1, =1, то η =F, т.е. коэффициент вязкости численно равен силе трения слоёв, площадь которых равна единице, при градиенте скорости равном единице. Положив в формуле (1) F = 1 H, ∆ S = 1 м2 и = 1 м∙ с-1/м получим, что в СИ коэффициент вязкости измеряется в . Коэффициент вязкости зависит от природы жидкости и от её температуры (см. рис.2), уменьшается с ростом температуры согласно формуле Френкеля: (2) ∆ W - энергия активации, т.е. энергия которую надо сообщить молекуле жидкости, чтобы она могла перейти из одного положения равновесия в другое; kT - величина, пропорциональная энергии теплового движения молекул.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: определение коэффициента вязкости жидкости.
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ Для определения коэффициента вязкости жидкости в данной работе используется метод Стокса, основанный на измерении скорости свободного падения шарика в жидкости (предполагается, что жидкость смачивает шарик). Суть его заключается в следующем: На всякое тело (например, шарик), движущееся в вязкой жидкости, действует, согласно закону Стокса, сила сопротивления: Fc= 6π η υ r, где η - коэффициент вязкости жидкости; r - радаус шарика; υ -его скорость. Рассмотрим свободное падение шарика в вязкой покоящейся жидкости. На шарик действуют три силы: сила тяжести, архимедова сила и сила сопротивления (по Стоксу), зависящая от скорости движения. Сила тяжести: , где r - радиус шарика; - его плотность; g - ускорение свободного падения. Архимедова сила (выталкивающая): , где - плотность жидкости. Сила сопротивления движению: Fc= 6π η υ r Уравнение движения шарика в жидкости в векторной форме, согласно II закону Ньютона, имеет вид: (3) Все три силы, входящие в уравнение, направлены по одной прямой: сила тяжести вниз, архимедова сила и сила сопротивления вверх (рис.3). Спроецируем уравнение (3) на ось координат и учтем, что сила сопротивления Fc с увеличением скорости шарика растет, ускорение уменьшается и, наконец, шарик достигает такой скорости υ 0, при которой ускорение будет равно нулю. Уравнение (3) примет вид: Подставим значения сил в это уравнение и получим: (4) Решим уравнение (4) относительно коэффициента вязкости:
Произведём некоторые сокращения: Выразим коэффициент вязкости: где υ 0 – скорость установившегося движения шарика. Экспериментальная установка состоит из стеклянного цилиндра, наполненного исследуемой жидкостью (глицерин). На стенки цилиндра нанесены две горизонтальные метки “a” и “в”, расположенные на некотором расстоянии l друг от друга. (Верхняя метка должна быть ниже уровня жидкости в цилиндре на 3-4 см.) Рис. 3. Измеряя расстояние между метками с помощью линейки, а время падения с помощью секундомера определяют скорость падения шарика υ 0. Учитывая, что на опыте измеряют диаметр, а не радиус шарика, расчетную формулу записывают в виде: (5) Плотность шариков ρ т и плотность жидкости ρ ж указаны на установке. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
|