Lucrări de laborator №1
DETERMINAREA COEFICIENTULUI DE FRICȚIE INTERN A UNEI LICHIDE CU METODA DE STOPURI
Obiectiv: determinarea experimentală a coeficientului de frecare internă a glicerolului și uleiului de ricin prin metoda Stokes.
Echipamente: doi cilindri de sticlă umpluți cu lichide de testare, bile de oțel sau plumb, cronometru, șubler, scală de scală.
Când fluidul se mișcă între straturile sale, apar forțe interne de frecare, acționând astfel încât să egaleze vitezele tuturor straturilor. Natura acestor forțe constă în faptul că straturile care se mișcă cu viteze diferite sunt schimbate de molecule. Moleculele de la stratul mai rapid trec spre stratul mai lent o anumită mișcare de mișcare, astfel încât stratul lent începe să se miște mai repede, iar cel rapid - mai lent.
Să considerăm un fluid care se deplasează în direcția axei x (Figura 1.1). Lăsați straturile fluidului să se deplaseze cu viteze diferite. Pe axa oz luăm două puncte la o distanță dz. Vitezele fluxului în aceste straturi diferă de dv. Raportul dv / dz caracterizează schimbarea vitezei de curgere în direcția axului oz și se numește gradient de viteză.
Rezistența frecarea internă (vâscozitatea) F, care acționează între cele două straturi, este proporțională cu suprafața de contact și ΔS gradientul dv / vitezei dz (conform ecuației lui Newton):
Coeficientul de proporționalitate η se numește coeficientul de frecare internă sau coeficientul de vâscozitate dinamică. Dacă în formula (1) presupunem DV / dz = 1 și ΔS = 1, coeficientul de vâscozitate dinamică este numeric egală cu forța de frecare internă care apar la suprafața de contact a fiecărei unități din cele două straturi, una în raport cu cealaltă se deplasează cu gradientul vitezei egal cu unitatea.
În SI, dimensiunea [η] = kg · m -1 · s -1 = Pa · s. În sistemul SGS, vâscozitatea este măsurată în poises (P): 1 Pa · s = 10 P.
Coeficientul de vâscozitate dinamică depinde de natura lichidului și scade cu creșterea temperaturii pentru un fluid dat. Viscozitatea joacă un rol important în mișcarea lichidelor. Stratul de lichid imediat adiacent suprafeței solide rămâne lipit în raport cu acesta ca urmare a aderenței. Viteza stratului rămas crește cu distanța de la suprafața solidă.
Prezența unui strat de fluid între suprafețele de frecare a solidelor ajută la reducerea coeficientului de frecare.
În plus față de coeficientul de vâscozitate dinamică η, coeficientul de vâscozitate cinematic este adesea utilizat
unde ρ este densitatea lichidului.
În sistemul CGS, unitatea de măsură a coeficientului de vâscozitate cinematică este 1 Stokes: [ν] = cm 2 · s. În sistemul SI [ν] = m 2 · s.
Într-o serie de cazuri, din motive de simplitate a calculelor, se recomandă să nu se ia în considerare influența forțelor de frecare interne, ceea ce duce la ideea unui fluid ideal. În curgerea unui fluid real, forțele de frecare interioară (forțele vâscoase) sunt luate în considerare.
Fluxul de lichid și gaz vâscos prin tuburi este un caz obișnuit, care are loc atât în stadiul tehnicii (conducte de exemplu, petrol și gaze), și în sistemele biologice (sistemul circulator uman, sistemul respirator trahee - sistem pneumatic de ramificare conducte).
Coeficientul de frecare internă (viscozitatea) unui lichid poate fi determinat prin diverse metode. Una dintre ele, metoda Stokes, se bazează pe măsurarea vitezei balonului incident în lichidul în studiu. Pentru a determina coeficientul de vâscozitate, se utilizează următoarea setare (Figura 1). Pe suport sunt cilindrii de sticlă întăriți: cu ulei de ricin și glicerină. Cilindri de top sunt deschise.
Suprafața mingii care intră în lichid este acoperită cu un strat de lichid. Acest strat este imobil față de minge, astfel încât atunci când mingea se mișcă într-un lichid, frecare nu apare între minge și lichid, ci între straturile lichidului. Aceasta este forța de frecare internă, care împiedică mișcarea mingii. Deoarece este imposibil să se indice o formulă generală pentru forța de rezistență, ne limităm la un caz special. Cea mai simplă formă a corpului este mingea. Este pentru forma sferică a corpului pe care Stokes a stabilit-o după cum urmează. Când bila se mișcă într-un fluid, forța de frecare internă depinde de viteza de mișcare, de dimensiunile corpului și de coeficientul de vâscozitate al lichidului:
unde η este coeficientul de vâscozitate al lichidului; r este raza mingii; - viteza mingii.
Semnul minus indică faptul că forța este îndreptată în direcția opusă vitezei mingii. Mingea, coborâtă în lichid, sub acțiunea gravitației, dobândește accelerație. Dar pe măsură ce viteza crește, la fel și forța de rezistență. La o anumită viteză, forțele care acționează asupra mingii sunt echilibrate, iar din acel moment mișcarea mingii devine uniformă. Pentru a determina distanța s, mingea a trecut în mișcare uniformă, la instalare sunt riglă și două indicii A și B. Cunoașterea distanța s și cad timpul t, putem determina viteza medie a mingea în fluid.
În timp ce mingea se mișcă, gravitatea acționează asupra acesteia. Forța arhimedeză FA și Stokes forța de tragere F. Pentru mișcarea uniformă, suma forțelor care acționează asupra mingii este zero:
În proiecțiile față de axa oy:
unde ρ1 este densitatea substanței mingii; ρ2 este densitatea lichidului; g - accelerarea gravitației.
Substituind expresia (1.3) în formula (1.5), obținem
Această formulă este valabilă pentru o minge care se încadrează într-un fluid care se extinde infinit. Din experiența noastră, mingea cade într-un lichid închis într-un cilindru lung. În acest caz, este necesar să se ia în considerare frecare a lichidului față de peretele cilindrului, adică să se introducă o corecție care ia în considerare dimensiunile diametrului tubului. Apoi formula (1.6) ia forma
unde R este raza cilindrului.
Coeficientul de frecare internă (coeficientul de vâscozitate) al lichidului care se studiază este determinat din formula (1.7). Trebuie avut în vedere faptul că coeficientul de vâscozitate depinde de temperatură, prin urmare, în realizarea experimentului, este necesară cunoașterea temperaturii mediului.
Ordinea de executare a muncii
Sarcina 1. Determinarea vâscozității glicerinei
1. Măsurați diametrul mingii cu ajutorul unui etrier. Calculați raza r a bilei.
2. Coborâți bilele în lichidul de testat-glicerină.
3. Măsurați cronometrul cu timpul t al mișcării uniforme a bilei între pozițiile fixe ale indicatoarelor A și B.
4. Determinați distanța s între A și B.
5. Calculați viteza de mișcare a mingii cu formula:
6. Experimentul este repetat pentru 3 bile.
7. Rezultatele măsurătorilor și calculelor sunt înregistrate în tabelul 1.1.
Determinarea vâscozității glicerinei
2. Schema instalării în laborator.
3. Tabelele 1.1, 1.2 cu date de măsurare și de calcul.
4. Răspunsuri la întrebările de control.
1. De ce apar forțe interne de frecare?
2. Ce este un gradient de viteză?
3. Ce se înțelege prin coeficientul de vâscozitate dinamică? În ce unități se măsoară coeficientul dinamic al vâscozității?
4. De ce depinde coeficientul de vâscozitate dinamică?
5. Ce se înțelege prin coeficientul de vâscozitate cinematică? În ce unități se măsoară coeficientul de vâscozitate cinematică?
6. De ce cantități depinde forța de rezistență Stokes?
7. Ce forțe acționează asupra mingii în mișcare?
8. Care este motivul pentru mișcarea uniformă a mingii în lichidele cercetate?
8. De ce trebuie să cunoașteți vâscozitatea unui lichid în practică?
Documente conexe:
Ministerul Agriculturii al Federației Ruse Departamentul de Știință și Tehnologie politică și educație Don State Agrarian University KATALOG recomandări științifice și practice și inovatoare.
Agricultura din Federația Rusă Departamentul de Știință și Tehnologie Politică și Educație Federal Bugetul de Stat Educațional. Secțiunea 4. Dezvoltarea fundațiilor mecanico-tehnologice științifice pentru crearea de echipamente de nouă generație.
Departamentul de Știință și Tehnologie Politică și Educație Instituția de stat federală de învățământ. învățământ profesional superior "Krasnoyarsk State Agrarian.
Trimiteți-le prietenilor: