Файл: Отчет по лабораторной работе 1 Определение коэффициента динамической вязкости жидкости методом Стокса.docx
Добавлен: 24.11.2023
Просмотров: 273
Скачиваний: 15
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
= (7,80,1)
кг/
Относительные погрешности измерений:
= ΔL/L
=0,005/0,45 ≈ 0,011
=0,005/0,45 ≈ 0,011
=0,005/0,5 = 0,01
=0,005/0,5 = 0,01
=0,005/0,47 ≈ 0,012
= Δd/d
= 0,00005/0,006 ≈ 0,0083
= 0,00005/0,0065 ≈ 0,0077
= 0,00005/0,006 ≈ 0,0083
= 0,00005/0,0065 ≈ 0,0077
= 0,00005/0,0063 ≈ 0,0079
= Δt/t
= 0,1/5,2 ≈ 0,0192
= 0,1/4,4 ≈ 0,0227
= 0,1/5,9 ≈ 0,0169
= 0,1/4,8 ≈ 0,0208
= 0,1/5,1 ≈ 0,0196
= Δ/
1 = 2 = 3 = 4 = 5 = 0,01/1,26 ≈ 0,008
Скорость движения шарика:
Vi = Li/ti
= 0,45/5,2 ≈ 0,09 м/c
= 0,45/4,4 ≈ 0,1 м/c
= 0,5/5,9 ≈ 0,08 м/c
= 0,5/4,8 ≈ 0,1 м/c
= 0,47/5,1 ≈ 0,09 м/c
Коэффициент вязкости:
=
≈ 1,48 Па⸱ с
= 
≈ 1,47 Па⸱ с
= 
≈ 1,5 Па⸱ с
= 
≈ 1,45 Па⸱ с
= 
≈ 1.58 Па⸱ с
= 
=1,496 Па⸱ с
Число Рейнольдса:
Re =
= 
≈ 0,46
= 
≈ 0,56
= 
≈ 0,40
= 
≈ 0,57
= 
≈ 0,47
Оценка абсолютной погрешности коэффициента вязкости:
1 способ
= 
= 1,496 
≈ 0,043
= 1,496 
≈ 0,046
= 1,496 
≈ 0,040
= 1,496 
≈ 0,043
= 1,496 
≈ 0,043
0,043
2 способ
= 
; t0,95;5 = 2,57
Конечный результат:
=
Вывод
Изучили явления внутреннего трения в жидкостях и опытным путем определили величину коэффициента вязкости жидкости методом Стокса на виртуальной лабораторной установке, коэффициента вязкости жидкости соответствует глицерину при t =
.
Контрольные вопросы
Вязкость или внутреннее трение – свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Это явление определяет диссипацию (поглощение) энергии при деформации среды. При деформации сдвига вязкость называют сдвиговой. При деформации объема (всестороннее сжатие) проявляется объемная вязкость. В данном случае мы будем касаться только вопроса сдвиговой вязкости. Суть явления состоит в том, что движущиеся слои газа или жидкости увлекают соседние слои и, наоборот, неподвижные (или движущиеся с меньшей скоростью) тормозят более быстрые соседние слои. Таким образом, между любыми соседними слоями рассматриваемой среды действуют силы внутреннего трения (или силы вязкости). Механизм возникновения этих сил заключается в переносе импульса (количества движения) от одного слоя к другому.
Коэффициентом динамической вязкости называется величина, численно равная силе внутреннего трения, с которой один слой увлекает или тормозит другой слой жидкости при условии, что площадь соприкосновения слоев S=1 и градиент скорости dv/dx = 1.
В системе СИ за единицу динамической вязкости принимают 1 Па⸱ с - вязкость такой среды, в которой один слой увлекает или тормозит другой с силой в 1 Н, если площадь соприкосновения слоев S = 1 м^2 и градиент скорости dv/dx = 1 м/c^2.
На тело, погруженное в жидкость и остающееся в равновесии на плаву действуют две силы: сила тяжести и равная ей выталкивающая сила (и равная весу жидкости, вытесненной погруженным объёмом тела). На тело, погруженное в жидкость и тонущее действуют три силы: сила тяжести, неравная ей (меньше) выталкивающая сила (равная весу жидкости, вытесненной погруженным объёмом тела) , а также сила трения при движении, в значительной степени зависящая от скорости погружения и вязкости жидкости. На тело, погруженное в жидкость и лежащее плотно на дне, действуют три силы: сила тяжести, неравная ей выталкивающая сила, и сила реакции со стороны дна. В данном случае выталкивающая сила уменьшается на величину, равную весу жидкости, занимаемому той частью объёма тела, под которой нет воды.
Турбулентным называется такое течение жидкости, при котором её частицы совершают неустановившееся и неупорядоченные движения по сложным траекториям, приводящим к перемешиванию слоёв. Ламинарное – это упорядоченное течение жидкости, при котором траектории движения соседних частиц мало отличаются друг от друга.
,
где η - вязкость жидкости; r - радиус шарика; V – скорость его движения относительно жидкости.
Для тел сферической формы модуль силы вязкого трения определяется формулой Стокса (1) где r – радиус шарика; V – скорость его движения относительно жидкости. Важно отметить, что формула (1) справедлива только в случае ламинарного течения жидкости относительно шарика (скорость движения шарика должна быть небольшой), а жидкость по всем направлениям простирается безгранично, т.е. размеры сосуда, в котором находится жидкость, должны быть много больше по сравнению с размерами шарика.
F=6*3.14*1.5*0.003*0.75=0.063
В начале движения шарика движение будет ускоренным за счет ускорения свободного падения. С ростом скорости растет и сила сопротивления, а ускорение шарика уменьшается. Наступает такой момент, когда действующие на шарик силы уравновесятся, ускорение станет равным нулю, а движение шарика — равномерным на участке L. Градиент скорости – это изменение скорости двух слоёв жидкости dV на расстоянии между слоями dX.
Верхняя метка помещена на несколько сантиметров ниже верхнего уровня жидкости для выполнения условия равномерного движения шарика в жидкости.
Погрешность измерения расстояния между метками, диаметра шарика, времени его падания, плотности шарика и жидкости
Контрольные вопросы
кг/ Относительные погрешности измерений:
= ΔL/L =0,005/0,45 ≈ 0,011 =0,005/0,45 ≈ 0,011 =0,005/0,5 = 0,01 =0,005/0,5 = 0,01 =0,005/0,47 ≈ 0,012 = Δd/d = 0,00005/0,006 ≈ 0,0083 = 0,00005/0,0065 ≈ 0,0077 = 0,00005/0,006 ≈ 0,0083 = 0,00005/0,0065 ≈ 0,0077 = 0,00005/0,0063 ≈ 0,0079 = Δt/t = 0,1/5,2 ≈ 0,0192 = 0,1/4,4 ≈ 0,0227 = 0,1/5,9 ≈ 0,0169 = 0,1/4,8 ≈ 0,0208 = 0,1/5,1 ≈ 0,0196 = Δ/
1 = 2 = 3 = 4 = 5 = 0,01/1,26 ≈ 0,008
Скорость движения шарика:
Vi = Li/ti
= 0,45/5,2 ≈ 0,09 м/c = 0,45/4,4 ≈ 0,1 м/c = 0,5/5,9 ≈ 0,08 м/c = 0,5/4,8 ≈ 0,1 м/c = 0,47/5,1 ≈ 0,09 м/cКоэффициент вязкости:
=
≈ 1,48 Па⸱ с = ≈ 1,47 Па⸱ с = ≈ 1,5 Па⸱ с = ≈ 1,45 Па⸱ с = ≈ 1.58 Па⸱ с = =1,496 Па⸱ сЧисло Рейнольдса:
Re =
= ≈ 0,46 = ≈ 0,56 = ≈ 0,40 = ≈ 0,57 = ≈ 0,47Оценка абсолютной погрешности коэффициента вязкости:
1 способ
= = 1,496 ≈ 0,043 = 1,496 ≈ 0,046 = 1,496 ≈ 0,040 = 1,496
≈ 0,043
= 1,496 ≈ 0,043 0,0432 способ
= ; t0,95;5 = 2,57| № п/п | (i-  )^2 |
| 1 | 0,000256 |
| 2 | 0,000676 |
| 3 | 0,000016 |
| 4 | 0,002116 |
| 5 | 0,007056 |
| | 0,01012 |
| /(n*(n-1)) | 0,000506 |
| (/(n*(n-1))) ^0,5 | 0,022494 |
Конечный результат:
=
-
=
-
=
Вывод
Изучили явления внутреннего трения в жидкостях и опытным путем определили величину коэффициента вязкости жидкости методом Стокса на виртуальной лабораторной установке, коэффициента вязкости жидкости соответствует глицерину при t =
.Контрольные вопросы
-
Поясните сущность явления вязкого трения. Какова природа сил внутреннего трения жидкости?
Вязкость или внутреннее трение – свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Это явление определяет диссипацию (поглощение) энергии при деформации среды. При деформации сдвига вязкость называют сдвиговой. При деформации объема (всестороннее сжатие) проявляется объемная вязкость. В данном случае мы будем касаться только вопроса сдвиговой вязкости. Суть явления состоит в том, что движущиеся слои газа или жидкости увлекают соседние слои и, наоборот, неподвижные (или движущиеся с меньшей скоростью) тормозят более быстрые соседние слои. Таким образом, между любыми соседними слоями рассматриваемой среды действуют силы внутреннего трения (или силы вязкости). Механизм возникновения этих сил заключается в переносе импульса (количества движения) от одного слоя к другому.
-
Что такое коэффициент динамической вязкости? В каких единицах измеряется величина вязкости в системе СИ?
Коэффициентом динамической вязкости называется величина, численно равная силе внутреннего трения, с которой один слой увлекает или тормозит другой слой жидкости при условии, что площадь соприкосновения слоев S=1 и градиент скорости dv/dx = 1.
В системе СИ за единицу динамической вязкости принимают 1 Па⸱ с - вязкость такой среды, в которой один слой увлекает или тормозит другой с силой в 1 Н, если площадь соприкосновения слоев S = 1 м^2 и градиент скорости dv/dx = 1 м/c^2.
-
Какие силы действуют на тело, движущееся в жидкости?
На тело, погруженное в жидкость и остающееся в равновесии на плаву действуют две силы: сила тяжести и равная ей выталкивающая сила (и равная весу жидкости, вытесненной погруженным объёмом тела). На тело, погруженное в жидкость и тонущее действуют три силы: сила тяжести, неравная ей (меньше) выталкивающая сила (равная весу жидкости, вытесненной погруженным объёмом тела) , а также сила трения при движении, в значительной степени зависящая от скорости погружения и вязкости жидкости. На тело, погруженное в жидкость и лежащее плотно на дне, действуют три силы: сила тяжести, неравная ей выталкивающая сила, и сила реакции со стороны дна. В данном случае выталкивающая сила уменьшается на величину, равную весу жидкости, занимаемому той частью объёма тела, под которой нет воды.
-
Дайте определение ламинарного и турбулентного течения жидкости.
Турбулентным называется такое течение жидкости, при котором её частицы совершают неустановившееся и неупорядоченные движения по сложным траекториям, приводящим к перемешиванию слоёв. Ламинарное – это упорядоченное течение жидкости, при котором траектории движения соседних частиц мало отличаются друг от друга.
-
Запишите формулу Стокса и укажите условия ее применимости.
,где η - вязкость жидкости; r - радиус шарика; V – скорость его движения относительно жидкости.
Для тел сферической формы модуль силы вязкого трения определяется формулой Стокса (1) где r – радиус шарика; V – скорость его движения относительно жидкости. Важно отметить, что формула (1) справедлива только в случае ламинарного течения жидкости относительно шарика (скорость движения шарика должна быть небольшой), а жидкость по всем направлениям простирается безгранично, т.е. размеры сосуда, в котором находится жидкость, должны быть много больше по сравнению с размерами шарика.
-
Определите величину силы трения, действующей на стальной шарик диаметром 3 мм, падающий со скоростью 0,75 м/с в жидкости с коэффициентом вязкости 1,5 Па⸱ с.
F=6*3.14*1.5*0.003*0.75=0.063
-
Почему шарик в начале движения ускоряется, а затем движется равномерно? Что такое градиент скорости?
В начале движения шарика движение будет ускоренным за счет ускорения свободного падения. С ростом скорости растет и сила сопротивления, а ускорение шарика уменьшается. Наступает такой момент, когда действующие на шарик силы уравновесятся, ускорение станет равным нулю, а движение шарика — равномерным на участке L. Градиент скорости – это изменение скорости двух слоёв жидкости dV на расстоянии между слоями dX.
-
Запишите рабочую формулу, объясните условия её применения и причину начала измерения времени не от поверхности жидкости.
Верхняя метка помещена на несколько сантиметров ниже верхнего уровня жидкости для выполнения условия равномерного движения шарика в жидкости.
-
Перечислить основные источники погрешностей измерений, проводимых в данной работе.
Погрешность измерения расстояния между метками, диаметра шарика, времени его падания, плотности шарика и жидкости
Контрольные вопросы
-
Поясните сущность явления вязкого трения. Какова природа сил внутреннего трения жидкости?
-
Что такое коэффициент динамической вязкости? В каких единицах измеряется величина вязкости в системе СИ? -
Какие силы действуют на тело, движущееся в жидкости? -
Дайте определение ламинарного и турбулентного течения жидкости. -
Запишите формулу Стокса и укажите условия ее применимости. -
Определите величину силы трения, действующей на стальной шарик диаметром 3 мм, падающий со скоростью 0,75 м/с в жидкости с коэффициентом вязкости 1,5 Па. с. -
Почему шарик в начале движения ускоряется, а затем движется равномерно? Что такое градиент скорости? -
Запишите рабочую формулу, объясните условия её применения и причину начала измерения времени не от поверхности жидкости. -
Перечислить основные источники погрешностей измерений, проводимых в данной работе.