Введение. 1. Савельев И.В. Курс общей физикиРАБОТА №146 ИЗМЕРЕНИЕ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ
Цель работы. Измерение коэффициента внутреннего трения (вязкости) жидкости методом Стокса. Приборы и принадлежности. Вискозиметр с жидкостью; твердые шарики; мерная линейка; секундомер.
Введение
Вязкостью или внутренним трением называется свойство всех веществ оказывать сопротивление их течению-перемещению одного слоя вещества относительно другого. Внутреннее трение представляет собой одно из явлений переноса и определяется тепловым движением, размерами и формой молекул, действием молекулярных сил. Для объяснения возникновения сил вязкости рассмотрим две параллельные пластинки, разделенные слоем жидкости (рис. 1).
Пусть нижняя пластинка удерживается неподвижно, а верхняя движется параллельно нижней в направлении х. Мысленно разделим весь слой жидкости на ряд тонких параллельных слоев. Молекулы слоя, прилегающие к верхней пластинке, «прилипают» к ней и перемещаются вместе с ней с той же скоростью. Этот слой жидкости увлекает за собой следующий слой, который перемещается с меньшей скоростью и т.д.
(где - градиент скорости. Здесь ось y перпендикулярна направлению перемещения жидкости). Вязкость жидкости проявляется в её сопротивлении относительному сдвигу соприкасающихся слоев, а, следовательно, и пластинок. Возникающая при этом сила сопротивления называется силой внутреннего трения. И. Ньютон в 1687 году сформулировал закон, согласно которому при ламинарном (безвихревом) течении жидкости сила внутреннего трения пропорциональна градиенту скорости:
(где S - площадь поверхности соприкосновения двух слоев, смещающихся друг относительно друга; - коэффициент вязкости или коэффициент внутреннего трения жидкости). При больших скоростях ламинарное течение жидкости переходит в турбулентное (вихревое) и закон нарушается. В системе СИ единицей вязкости является 1 Па·с. Это величина, при которой 1 м2 слоя жидкости испытывает действие силы в 1 Н при градиенте скорости 1 с -1.
Отмеченные выше свойства жидкости, рассмотренные для случая плоскопараллельных её слоев, остаются справедливы и при движении других тел в жидкости, однако, при этом следует учитывать ещё возможность влияния таких факторов как форма и размеры тела, характер обтекания их жидкостью и т. д.
|