ТЕОРИЯ МЕТОДА И ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ
Владимирский государственный университет
Имени Александра Григорьевича и
Николая Григорьевича Столетовых»
Кафедра: «ФПМ»
Дисциплина: Физика
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6.01
Определение коэффициента внутреннего трения жидкости методом падающего шарика (метод Стокса)
Утверждена на методическом
семинаре кафедре ФПМ
Зав.кафедрой_____________
Лабораторная работа № 6.01
Определение коэффициента внутреннего трения жидкости методом падающего шарика (метод Стокса)
Цель работы: определить коэффициент внутреннего трения жидкости методом падающего шарика.
Приборы и принадлежности: стеклянный цилиндр на подставке, микроскоп с предметным стеклом и осветителем, секундомер, пинцет, шарики, миллиметровая бумага.
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
1. Не ставить мензурки с образцами масел на край стола.
ТЕОРИЯ МЕТОДА И ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ
Коэффициент вязкости может бытьопределен методом падающего шарика в вязкой среде (метод Стокса). Рассмотрим свободное падение тела (.в нашем случае - свинцового шарика) в вязкой покоящейся жидкости, На шарик, свободнопадающий в такой жидкости действует;
1. Сила тяжести:
P=mg= 
pr3r2g (1)
где r - радиус шарика,
r2 - плотность шарика,
g- ускорение свободного падения.
2. Выталкивающая сила(по закону Архимеда)
F1= pr3r1g (2)
где r1 - плотность жидкости.
3. Сила сопротивления движению, вычисленная Стоксом, обусловленная силами внутреннего трения между слоями жидкости:
F = 6prhu (3)
где u - скорость слоев жидкости,
h - коэффициент вязкости жидкости.
Подчеркиваем, что здесь играет роль не трение шарика о жидкость, в трение отдельных слоев жидкости друг от друга, так как при соприкосновении твердого тела с жидкостью к поверхности тела тот час же прилипают молекулы жидкости. Тело обволакивается слоями жидкости и связано с ним межмолекулярными силами. Непосредственно прилегающий к телу слой жидкости движется вместе с телом со скоростью движения тела. Этот слой увлекает в своем движении соседний слои жидкости, которые на некоторый период времени приходят в плавное безвихревое движение (если скорости и
 |
шарики маленькие). Направление этих сил показано на рис.1
рис. 1
Равнодействующаясил, действующих на шарик:
R = P - (F1 + F) (4)
Вначале скорость шарика будет возрастать, но так как по мере увеличения скорости шарика сила сопротивления будет тек же возрастать, то наступит такой. момент, когда сила тяжести Р будет уравновешена суммой сил F и F1, равнодействующая сила R станет равной 0, т.е.:
P - (F1 + F)=0 (5)
С этого момента движение шарика становится равномерным с какой-то скоростью U=U0.
Подставляя в (З) соответствующие значения Р; F и F1, получим для коэффициента вязкости выражение:
h= 
(r2-r1) 
(6)
Экспериментальная установка состоит из стеклянного цилиндра А наполненного исследуемой жидкостью, На цилиндре две горизонтальные -метки (проволочные кольца) а и в, расположенные друг от друга на расстоянии l (верхняя метка должна быть ниже уровня жидкости на 5-8 см), диаметры шариков измеряют микроскопом и окулярным микрометром. Окулярный микрометр представляет собой тонкую стеклянную пластину с нанесённой нанее шкалой. Эта пластинка установлена в фокальной плоскости окуляра микрометра.