Файл: Лабораторная работа 13 По дисциплине Физика (наименование учебной дисциплины согласно учебному плану).docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.12.2023
Просмотров: 15
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра общей и технической физики
ОТЧЁТ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13
По дисциплине Физика
(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
Тема работы: Определение коэффициента вязкости жидкости
Выполнил: студент группы БТБ-22 Уметбаева Э.А.
(шифр группы) (подпись) (Ф.И.О.)
Проверил:
(должность) (подпись) (Ф.И.О.)
Санкт-Петербург
2023
Цель работы
Определить коэффициент вязкости жидкости методом Стокса.
Краткое теоретическое содержание
А) Явление, изучаемое в работе: явление переноса импульса или свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одного слоя вещества относительно другого.
Б) Определения основных физических величин и понятий
Вязкость – свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одного слоя вещества относительно другого.
Коэффициент вязкости – это величина, используемая для обозначения силы внутреннего трения текучих веществ.
Пусть какой-либо слой жидкости или газа течет со скоростью (рис.1), а слой, отстоящий от него на расстоянии у, со скоростью +. Скорость при переходе от слоя к слою изменяется на величину . Отношение /у характеризует быстроту изменения скорости и называется градиентом скорости.
Рисунок 1. Течение слоёв жидкости (газов)
В) Законы и соотношения, использованные при выводе расчетной формулы
:
Закон Ньютона для внутреннего трения: Механизм возникновения внутреннего трения между параллельными слоями газа (жидкости), движущимися с различными скоростями, заключается в том, что из-за хаотического теплового движения происходит обмен молекулами между слоями, в результате чего импульс слоя, движущегося быстрее, уменьшается, движущегося медленнее - увеличивается, что приводит к торможению слоя, движущегося быстрее, и ускорению слоя, движущегося медленнее. Сила внутреннего трения между двумя слоями газа (жидкости) подчиняется закону Ньютона.
(1), где
- градиент скорости, с-1;S - площадь соприкосновения слоев, м2;
- коэффициент вязкости жидкости, Па
с.Закон Стокса: сила сопротивления, испытываемого твердым шаром при его медленном поступательном движении в неограниченной вязкой жидкости, равна
(2), где
- радиус шарика, м;
- скорость шарика, м/с.Закон Архимеда: на тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая или подъёмная сила, равная весу объёма жидкости или газа, вытесненного частью тела, погружённой в жидкость или газ.
(3), где
- ускорение свободного падения, м/с2;ж - плотность жидкости, кг/м3.
Закон Всемирного тяготения: Все тела взаимодействуют друг с другом с силой, прямо пропорциональной произведению масс этих тел и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.
(4)Из него вытекает сила тяжести:
(5), где - плотность шарика, кг/м3;
- масса шарика, кг;V - объём шарика, м
3.
Схема установки
Рисунок 2. Схема установки и силы, действующие на шарик, падающий в жидкости
Пояснения
На шарик действуют три силы: сила тяжести Р (рис.2), направленная вниз; сила внутреннего трения Fтр и выталкивающая сила Fв, направленные вверх. Шарик сначала падает ускоренно, но затем очень быстро наступает равновесие, т.е.
, так как с увеличением скорости растет и сила трения. Движение становится равномерным.Основные расчётные формулы
-
Коэффициент вязкости жидкости
(6), где
- коэффициент вязкости жидкости, Па
с;
- радиус шарика, м;
- скорость падения шарика в жидкости, м/с;
- ускорение свободного падения, м/с2; - плотность шарика, кг/м3;
ж - плотность жидкости, кг/м3.
-
Скорость шарика, движущегося в жидкости
(7), где
- скорость падения шарика в жидкости, м/с; l
- расстояние, на котором замерялась скорость шарика, м;
t - время преодоления шариком расстояния l, с.
-
Радиус шарика
(8), где r - радиус шарика, м;
d - диаметр шарика, м.
-
Среднее значение коэффициента вязкости жидкости
(9), где
- среднее значение , Па с;n - количество измерений.
Погрешности прямых измерений
Абсолютная погрешность радиуса
r = 0,0001 м
Абсолютная погрешность секундомера
t = 0,1 с
Абсолютная погрешность измерительной ленты
l = 0,01 м
Абсолютная погрешность термометра
Т = 0,1 ˚С
Погрешность косвенных измерений
Абсолютная погрешность косвенных измерений коэффициента вязкости
(10)Относительная погрешность косвенных измерений
(11), где
- средняя абсолютная погрешность измерения коэффициента вязкости; - среднее арифметическое значение коэффициента вязкости.Результаты измерений
Таблица 1.
| Физ. величина | T | ж | | d | r | t | l | | | |
| ед.изм. № опыта | К | кг/  ,  | кг/  | число дел. *0,1 мм/дел | м,  | с | м | м/с | Па с | Па с |
| 1 (ст.) | 294, 55 | 0, 96 | 7, 8 | 32 | 1,60 | 7,25 | 0,2 | 0,03 | 1,27 | 0,23 |
| 2 (ст.) | 30 | 1,50 | 7,22 | 0,03 | 1,12 | 0,22 | ||||
| 3 (ст.) | 24 | 1,20 | 7,59 | 0,03 | 0,72 | 0,16 | ||||
| 4 (св.) | 11, 35 | 25 | 1,25 | 7,42 | 0,03 | 1,18 | 0,26 | |||
| 5 (св.) | 30 | 1,50 | 4,90 | 0,04 | 1,27 | 0,25 | ||||
| 6 (св.) | 27 | 1,35 | 6,01 | 0,03 | 1,37 | 0,29 |
Пример расчёта
для первого опыта
Погрешности косвенных измерений
Абсолютная погрешность косвенных измерений
Средняя абсолютная погрешность измерений
Относительная погрешность измерений
Сравнительная оценка результата
Теоретическое значение коэффициента вязкости касторового масла
= 
Расхождение теоретического и экспериментального значений
Окончательный результат
Вывод
В ходе проделанной лабораторной работы был определен коэффициент вязкости жидкости (касторового масла) методом Стокса, равный
что при температуре, равной Т = 22,5 ˚С, не соответствует табличному значению касторового масла (=0,795 Па*с) при данной температуре на 44%.Возможные причины расхождения полученного результата с эталоном: малое количество опытов, неточность прибора, нарушение правил измерения экспериментатора, например, неправильным положением глаз относительно отметок на приборе, запаздыванием снятия показаний.