Практикум по курсу общей физики по специальностям "География", "Природопользование", "Геоэкология". Миловидова С.Д - 26 стр.

UptoLike

Рубрика: 

26
Это упражнение можно выполнить, изменяя положение
одного тела на платформе (например, параллелепипеда ) из вертикального в
горизонтальное и наоборот.
РАБОТА 4(11)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ
ПО МЕТОДУ СТОКСА
Принадлежности : стеклянный сосуд, наполненный вязкой
жидкостью , шарики из свинца , секундомер, измерительный микроскоп,
масштабная линейка.
Краткая теория
Реальная жидкость, в отличие от идеальной , обладает вязкостью
( внутренним трением ), обусловленной сцеплением (взаимодействием )
между ее молекулами. При движении жидкости между ее слоями
возникают силы внутреннего трения, действующие таким образом , чтобы
уравнять скорости всех слоев. Природа этих сил заключается в том , что
слои, движущиеся с разными скоростями, обмениваются молекулами.
Молекулы из более быстрого слоя передают более медленному некоторое
количество движения, вследствие чего последний начинает двигаться
быстрее. Молекулы из более медленного слоя получают в быстром слое
некоторое количество движения (или импульса ), что приводит к его
торможению .
Таким образом , при переносе импульса от слоя к слою происходит
изменение импульса этих слоев (увеличение или уменьшение ). Это значит,
что на каждый из этих слоев действует сила , равная изменению импульса в
единицу времени (второй закон Ньютона ). Эта сила называется силой
трения между слоями жидкости, движущимися с различными скоростями
(внутреннее трение).
Рассмотрим жидкость, движущуюся в направлении оси Х (рис.1)
Пусть слои жидкости движутся с разными скоростями. На оси Z возьмем
две точки, находящиеся на расстоянии dz. Скорости потока отличаются в
этих точках на величину dx. Отношение
dz
d
υ
называется градиентом скорости векторная
величина , численно равная изменению скорости на
единицу длины в направлении, перпендикулярном
скорости и направленная в сторону возрастания
скорости.
Сила внутреннего трения (вязкости) по
Ньютону , действующая между двумя слоями
жидкости, пропорциональна площади соприкасающихся слоев Δ S и
градиенту скорости:
=
F
––
dz
d
υ
η
Δ S. (1)
Z
X
Y
dZ
υ
υ
d
+
υ
Δ
S
Рис.1
                                         26
     Это      у пра ж нение   мож но вы полнить, из    меняя полож ение
одного тела на пла тформе (на пример, пара ллелепипеда ) извертик а льного в
горизонта льное и наоборот.

                                 РА Б ОТА № 4(11)
      О П Р Е ДЕ Л Е Н И Е КО ЭФ Ф И Ц И Е Н ТА В ЯЗКО С ТИ Ж И ДКО С ТИ
                              П О М Е ТО ДУ С ТО КС А
        П ринадлеж ности: стек лянны й сосу д, на полненны й вяз                  к ой
ж идк остью , ш арик и изсвинца , сек у ндомер, из       мерительны й мик роск оп,
ма сш та бна ялинейк а .
                                  К раткаятеория
        Реа льна я ж идк ость, в отличие от идеа льной, облада ет вяз         к остью
(вну тренним трением), обу словленной сцеплением (вз               а имодействием)
меж ду ее молек у ла ми. П ри движ ении ж идк ости меж ду ее слоями
воз ник а ю т силы вну треннего трения, действу ю щ ие та к им обра з      ом, чтобы
у ра внять ск орости всех слоев. П рирода этих сил з       ак лю ча ется в том, что
слои, движ у щ иеся с ра з     ны ми ск оростями, обменива ю тся молек у ла ми.
М олек у лы изболее бы строго слоя переда ю т более медленному нек оторое
к оличество движ ения, вследствие чего последний на чина ет двига ться
бы стрее. М олек у лы изболее медленного слоя полу чаю т в бы стром слое
нек оторое к оличество движ ения (или импу льса ), что приводит к его
тормож ению .
        Т а к им обра з ом, при переносе импу льса от слоя к слою происходит
из менение импу льса этих слоев (у величение или у меньш ение). Это з          на чит,
что на к а ж ды й изэтих слоевдейству етсила , ра вна яиз     менению импу льса в
единицу времени (второй з         а к он Н ью тона ). Эта сила на з  ы ва ется силой
трения меж ду слоями ж идк ости, движ у щ имися с ра з       личны ми ск оростями
(вну треннее трение).
        Ра ссмотрим ж идк ость, движ у щ у ю ся в на пра влении оси Х (рис.1)
П у сть слои ж идк ости движ у тся с ра з   ны ми ск оростями. Н а оси Z воз     ьмем
две точк и, на ходящ иеся на ра сстоянии dz. С к орости поток а отлича ю тся в
Z               υ + dυ      этих точк ах на величину dx. О тнош ение dυ
                                                                                  dz
      Δ S
                       на зы ва ется гра диентом ск орости – век торна я
dZ                     величина , численно ра вна яиз менению ск орости на
                   υ   единицу длины в на пра влении, перпендик у лярном
                     X
                       ск орости и на пра вленна я в сторону воз   ра ста ния
                       ск орости.
 Y     Рис.1                  С ила вну треннего трения (вяз    к ости) по
                       Н ью тону , действу ю щ а я меж ду   дву мя слоями
ж идк ости, пропорциона льна площ а ди соприк а са ю щ ихся слоев Δ S и
                                 dυ
гра диенту ск орости: F = ––η        Δ S. (1)
                                  dz