Метод Стокса відповіді
1.Об'ясніте виникнення сили в'язкого тертя в рідині
В'язке тертя виникає при русі твердих тіл в рідкому або газоподібному середовищі, або коли сама рідина або газ течуть повз нерухомих твердих тіл.
Причина виникнення в'язкого тертя - це внутрішнє тертя. Якщо тверде тіло рухається в нерухомому середовищі, що прилип до нього шар води або повітря переміщається разом з ним. При цьому він ковзає уздовж сусіднього шару. Виникає сила тертя, захоплива цей шар. Він приходить в рух і в свою чергу захоплює наступний шар і т. Д. Чим далі від поверхні тіла, тим повільніше рухаються шари рідини або газу. Сила тертя між шарами гальмує більш швидкі шари і, отже, саме тверде тіло. Воно гальмується безпосередньо в'язким тертям. Те ж саме відбувається, коли потік рідини або газу тече повз нерухомого тіла.
Сила в'язкого тренія- Це явище виникнення дотичних сил, що перешкоджають переміщенню частин рідини або газу один по відношенню до одного. Мастило між двома твердими тілами замінює сухе тертя ковзання тертям ковзання шарів рідини або газу по відношенню один до одного. Швидкість частинок середовища плавно змінюється від швидкості одного тіла до швидкості іншого тіла.
Величина сили в'язкого тертя пропорційна швидкості відносного руху V тел, пропорційна площі S і обернено пропорційна відстані між площинами h: F = - VS / h
2. Запишіть закон Ньютона для сили внутрішнього тертя в рідині і з'ясуйте фізичний зміст коефіцієнта в'язкості
Закон в'язкого тертя був встановлений Ньютоном. Він має вигляд:
де- дотична сила, що викликає зсув шарів рідини один щодо одного; - площа шару, по якому відбувається зсув; - градієнт швидкості течії рідини (швидкість зміни швидкості від шару до шару); коефіцієнт пропорціональності- коефіцієнт в'язкості (внутрішнього тертя) рідини. В СІ размерность = Пас.
В умовах усталеного ламінарного течії при постійній температурі Т коефіцієнт в'язкості рідини-практично не
Фізичний сенс коефіцієнта в'язкості полягає в тому, що він показує, чому дорівнює сила внутрішнього тертя, що діє на одиницю площі поверхні дотичних шарів при одиничному градієнті швидкості. Одиниця виміру коефіцієнта в'язкості в СІ - 1 паскаль-секунда (Па · с)
3. Зобразіть на кресленні сили, що діють на кульку при його русі в в'язкої рідини з постійною швидкістю. Виведіть розрахункову формулу (7).
4. Охарактеризуйте метод Стокса визначення коефіцієнта внутрішнього тертя рідини.
Одним з методів експериментального визначення коефіцієнта в'язкості рідини є метод Стокса. При русі тіла в рідині на нього діє сила опору. Стокс вивів формулу, для сили опору, що діє на кулю, що рухається в рідині поступально з постійною швидкістю. Формула Стокса має вигляд:
Тут-сила опору; - коефіцієнт в'язкості; - радіус кульки; - швидкість поступального руху кульки. Відзначимо, що формула Стокса справедлива лише за умови, що при русі не виникає турбулентність (завихрення) рідини. Рух прилеглих до кульки шарів повинно бути ламінарним. Ця умова виконується при:
де - число Рейнольдса - один з так званих критеріїв подібності; - щільність рідини. Відзначимо, що критерії подібності дають можливість підбирати оптимальні умови експерименту; вони широко використовуються в гідродинаміки, явищах переносу, теорії теплопередачі і ін. Критерії подібності дають правила перерахунку з моделі на натуральну конструкцію для явищ, в яких необхідно враховувати велику кількість факторів.
Чому верхня мітка на скляному циліндрі розташована трохи нижче рівня рідини в ньому?
Верхня мітка повинна розташовуватися нижче рівня води з таким розрахунком, щоб швидкість кульки до моменту проходження цієї мітки встигала встановитися
Чи можна брати порожнисті кульки? Чому?
Ні, тому що це може пошкодити точності експерименту так як щільність порожнистих куль менше повних. Також в експерименті важливо щоб щільність Шарика була більше щільності води.
Поясніть залежність коефіцієнта в'язкості рідини від температури.
Ламинарное теченіе- протягом, при которомжідкостьілігазперемещается шарами без перемішування і пульсацій (тобто безладних швидких змін швидкості і тиску).
В'язкість рідини (на відміну від в'язкості газів) обумовлена міжмолекулярним взаємодією, що обмежує рухливість молекул між шарами, з одного боку, і наявністю вакантних місць, з іншого. Два дотичних шару молекул рідини, що рухаються з різними швидкостями, взаємодіють між собою і змінюють швидкість один одного. З підвищенням температури відстань між шарами збільшується, тому сила взаємодії між ними зменшується, що призводить до зменшення в'язкості рідини. Крім того, зі збільшенням температури різко зростає число вакансій, що так само призводить до зменшення в'язкості, оскільки шар щодо шару переміщається не як єдине ціле, а завдяки поступовому переходу молекул від однієї вакансії до іншої. Молекули рідини (як і в газах) можуть переходити з шару в шар, але такий механізм в'язкості в рідинах не є визначальним.
чому при <2 с получается большая погрешность