ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ ТА ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ВИМІРЮВАНЬ

Лабораторна робота №1

з дисципліни «Гідрогазодинаміка»

”ВИЗНАЧЕННЯ В’ЯЗКОСТІ РІДИНИ ПО СПОСОБУ СТОКСА”

 

МЕТА РОБОТИ:

визначення в'язкості рідини по способу Стокса та набуття навичок виконання та обробки матеріалів випробування.

 

ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

Характер взаємодії молекул у рідині інший, ніж у газах, тому й фізичні причини прояву в’язкості також різноманітні. В’язкість рідини, на відміну від газу, обумовлена двома механізмами: взаємним тяжінням молекул і теплового хаотичного руху. При цьому перший чинник домінує. Кінетична енергія руху молекул у рідині така, що лише частина їх покидають свої місця і переміщуються по простору, який займає рідина.

На рисинку 1 б показаний графік залежності енергії зв'язку молекул від відстані між ними. З рисунка 1 б видно, що для рідин існує область негативних енергій (потенційна яма), яка по мірі збільшення температури зменшується. Оскільки цей чинник домінує над тепловим переносом кількості руху, то в'язкість рідини з ростом температури падає.

Для рідини має місце залежність, запропонована Ньютоном у якості гіпотези й аналітично знайдена Петровим,

(1)

де S - площа поверхні в'язкого тертя.

Розроблено багато лабораторних та виробничих засобів визначення в'язкості рідини, наприклад, Петрова, Стокса, Енглера, Сейболіта та ін.

У даній лабораторній роботі використовується спосіб Стокса, який заснований на спостереженні падіння твердої кулі в рідині.

 

 

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ ТА ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ВИМІРЮВАНЬ

Лабораторний прилад показано на рисунку 1. Його основною частиною є скляна трубка, яка заповнена рідиною, що досліджується. В трубку декілька раз разр

кидають сталеву кульку певного діаметру та реєструють час, за який вона переміщується від точки А до точки В. Відстань між точками А і В (позначена l) відповідає шляху, що проходить кулька при падінні.

Рідина в трубці має бути залита вище відмітки А для того, щоб при підході кульки до неї, режим падіння був сталим.

Рисунок 1 – Лабораторний прилад для визначення в’язкості рідини
При проходженні верхньої мітки секундомір запускають, а при проходженні нижньої – зупиняють, що дає можливість визначити швидкість падіння по формулі:

(1)

При сталому руху кульки можна написати таке рівняння її рівноваги

(2)

де – сила ваги кульки; – сила Архімеда; – сила в'язкого тертя.

Сила ваги дорівнює (3)

сила Архімеда

(4)

сила в’язкого тертя

(5)

Для знаходження градієнту швидкості Стокс припустив, що градієнт швидкості може бути представлений у вигляді відношення . З урахуванням даних зауважень та підставляючи (3), (4), (5) у (2), отримуємо

(6)

Коефіцієнт К залежить від відношення діаметра кулі до діаметра трубки D. Із припустимою для лабораторних робіт помилкою виміру формулу (6) представляють у наступному вигляді:

(7)

 

Таблиця 1 – Вихідні параметри та результати розрахунку