Lucrare de laborator nr. 3.
Determinarea coeficientului de frecare internă a lichidelor
Obiectiv: studierea fluxului fluidului vâscos și metodele de determinare a coeficientului de frecare internă a fluidului.
Referințe: §§ 31-33, 48.
Dispozitive și materiale: un cilindru de sticlă cu un fluid de testare, bile mici, etriere, cronometru, scale scară.
O forță de rezistență acționează asupra fiecărui corp care se deplasează într-un fluid vâscos. Stokes a arătat că pentru un flux laminar trecut unui fluid nelimitat, forța de tracțiune este determinată de formula
unde η este coeficientul de frecare internă a fluidului; ν este viteza mingii; r este raza mingii. Natura fluxului este determinată de valoarea numărului Reynolds:
unde ρ este densitatea lichidului; r este raza mingii; v este viteza mingii; η este coeficientul de frecare internă a fluidului. Debitul este laminar la valori mici ale lui Re (viteza mică și raza mingii). Să luăm în considerare căderea liberă a unei mingi într-un fluid vâscos. Trei forțe acționează asupra mingii: gravitatea (P), Forța arhimedică (Fa), forța de forță (Fc), în funcție de viteză. Vom scrie ecuația de mișcare a unei sfere într-un lichid, în conformitate cu Legea a 2-a a lui Newton:
unde ρ1 este densitatea substanței mingii; ρ este densitatea lichidului; g este accelerația datorată gravitației. Forța de tracțiune crește cu viteza mișcării mingii și accelerația scade și, în final, mingea atinge o viteză la care accelerația devine zero. Apoi, ecuația (1.3) are forma:
În acest caz, bila se mișcă cu o viteză constantă v0. Această mișcare a mingii este numită constantă. Rezolvarea ecuației (1.4) cu privire la coeficientul de frecare internă, obținem
Cunoscând cantitățile care intră în partea dreaptă a ecuației, putem determina coeficientul de frecare intern al fluidului.
Instalația pentru măsurarea coeficientului de frecare internă este un cilindru de sticlă umplut cu lichid de testare. Cilindrul este fixat pe un suport, care este instalat strict vertical. Margele foarte mici de plumb sunt folosite pentru a măsura coeficientul de frecare internă a unui lichid. Diametrul acestor bile se măsoară cu un șurub. Echipament de măsurare, bec raza r, coborâți-l în cilindru cu lichidul cât mai aproape posibil de axa cilindrului (pre trebuie să selecteze pe eticheta cilindrului între care va fi măsurat în timpul deplasării mingea: prima - la o distanță de 10 cm de la suprafața lichidului, iar al doilea - în regiunea de 15 cm de la primul). La momentul trecerii mingii prin prima etichetă plutește cronometru la momentul care trece mingea prin două eticheta opri cronometrul.
Prin măsurarea distanței L între mărcile, și, având în vedere că, la momentul trecerii mărcii bilei 1 viteza sa stabilit deja, obținem v0 = l / t, unde t - timpul care trece mingea distanța dintre marcajele. Astfel, știind v0. r, ρ1. ρ, calculați coeficientul de frecare internă a lichidului prin formula (1.5). Rulați experimentul pentru cinci bile diferite și calculați η pentru fiecare minge, apoi determinați valoarea medie a lui ηsr. eroarea medie pătrată (δη) și eroarea relativă (ε = (δη / ησρ) · 100%). Folosind formula (1.2), calculați numărul Reynolds și trageți o concluzie cu privire la natura fluxului în jurul mingii de către lichid. Consultați tabelul pentru rezultatele măsurătorilor.
Trimiteți-le prietenilor: