Определение коэффициента внутреннего трения в жидкости при различных температурах. Алсагаров А.А - 3 стр.

UptoLike

5
2 ж
FgV
ρ
=
gg
(4)
где : r - радиус шарика, g - ускорение силы тяжести,
ρ
ш
- плотность материала шарика,
ρ
ж
- плотность исследуемой жидкости,
V
ш
объем шарика.
Шарик под действием разности этих сил придет в
ускоренное движение, так как сила тяжести больше
выталкивающей силы. При движении шарика на него также
будет действовать сила сопротивления, направленная
вертикально вверх, вызванная вязкостью жидкости. Для
малых скоростей и для малых размеров тел эта сила
выражается формулой, выведенной Стоксом:
3
6Frv
π
η
=
⋅⋅ (5)
Таким образом, величина силы сопротивления зависит от
скорости: чем больше скорость движения, тем больше сила
сопротивления. При падении шарика в жидкость его
движение будет увеличиваться до тех пор, пока сила
сопротивления не станет равной разности сил тяжести и
архимедовой силе, и уравнение второго закона Ньютона в
проекции на вертикальную ось запишется в виде:
123
FFF=+
ururur
Откуда можно получить равенство в виде:
6
шшжж
gV gV rv
ρ
ρπη
=+gg gg (6)
Начиная с этого момента, шарик начинает двигаться
равномерно с некоторой постоянной скоростью ν. Решая
написанное уравнение относительно
η
и учитывая, что объем
шара:
3
1
6
ш
Vd
π
= (7)
получим для коэффициента внутреннего трения:
6
3
()
1
18
шж
gd
ρρ
η
ν
=
(8)
где d – диаметр шарика.
H
v
τ
, (9)
где Нрасстояние между метками, м;
τвремя падения шарика, с.
Описание установки.
На Рис.3 и Рис.4 представлена передняя панель и
схема экспериментальной установки для измерения
коэффициента внутреннего трения воздуха.
Цилиндрическая ёмкость 1 с жидкостью обогревается
нихромовым нагревателем 5. Металлический шарик 7
вносится в ёмкость 1 через патрубок 2, вмонтированный в
пробку 8. Через пробку 8 введена термопара 9, которая может
перемещаться по высоте ёмкости 1. В эту же пробку
вмонтирована «корзина» 9 для извлечения упавших шариков.
Температура исследуемой жидкости измеряется прибором
10 и регулируется вращением ручки 11 регулятора 6.
Расстояние между метками 3 и 4 определяется по
измерительной линейке 12.
На передней панели находится тумблер включения
питания установки 13, тумблер включения нагревателя 14,
регулятор.
                            F2 = ρ ж gg gV             (4)                        1 ( ρш − ρ ж ) gd 3
                                                                               η=                                   (8)
где : r - радиус шарика, g - ускорение силы тяжести,                             18        ν
      ρш - плотность материала шарика,                       где d – диаметр шарика.
      ρж - плотность исследуемой жидкости,                                               H
                                                                                    v= ,                            (9)
       Vш – объем шарика.                                                                  τ
        Шарик под действием разности этих сил придет в       где Н – расстояние между метками, м;
ускоренное движение, так как сила тяжести больше                 τ – время падения шарика, с.
выталкивающей силы. При движении шарика на него также
будет действовать сила сопротивления, направленная
вертикально вверх, вызванная вязкостью жидкости. Для                            Описание установки.
малых скоростей и для малых размеров тел эта сила                  На Рис.3 и Рис.4 представлена передняя панель и
выражается формулой, выведенной Стоксом:                     схема         экспериментальной установки для измерения
                  F3 = 6π ⋅η ⋅ r ⋅ v                  (5)    коэффициента внутреннего трения воздуха.
                                                                    Цилиндрическая ёмкость 1 с жидкостью обогревается
    Таким образом, величина силы сопротивления зависит от    нихромовым нагревателем 5.         Металлический шарик 7
скорости: чем больше скорость движения, тем больше сила      вносится в ёмкость 1 через патрубок 2, вмонтированный в
сопротивления. При падении шарика в жидкость его             пробку 8. Через пробку 8 введена термопара 9, которая может
движение будет увеличиваться до тех пор, пока сила           перемещаться по высоте ёмкости 1. В эту же пробку
сопротивления не станет равной разности сил тяжести и        вмонтирована «корзина» 9 для извлечения упавших шариков.
архимедовой силе, и уравнение второго закона Ньютона в       Температура исследуемой жидкости измеряется прибором
проекции на вертикальную ось запишется в виде:               10 и регулируется вращением ручки 11 регулятора 6.
                            ur ur ur
                            F1 = F 2 + F 3                   Расстояние между метками 3 и 4 определяется по
Откуда можно получить равенство в виде:                      измерительной линейке 12.
                   ρ ш gg gVш = ρ ж gg gVж + 6πη rv   (6)          На передней панели находится тумблер включения
Начиная с этого момента, шарик начинает двигаться            питания установки 13, тумблер включения нагревателя 14,
равномерно с некоторой постоянной скоростью ν. Решая         регулятор.
написанное уравнение относительно η и учитывая, что объем
шара:
                              1
                        Vш = π d 3                    (7)
                              6
получим для коэффициента внутреннего трения:




                            5                                                                  6