iО-в 2^1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА

i<y a a \ s
I
О - в 2^1
&
(МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО
СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР
КУЙБЫ Ш ЕВСКИЙ
АВИАЦИОННЫ Й
ордена ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗН АМ ЕН И
И Н С ТИ ТУ Т
имени
А К А Д Е М И К А С.
П.
КОРОЛЕВА
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА
ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ
ПО МЕТОДУ СТОКСА
Утверждено
редакцчоино-нздатсльским
советом института
в качестве
методических указании v
к лабораторной работе 1-28
i
КУЙБЫШЕВ 1988
\
Лабораторная работа Дд 1-28
У Д К S|2.1.13:532.6
М е то д и ч е с ки '.' у к а з а н и я к л а б о р а т о р н о й р а б о т е с о д е р ж а т
методические и и н с тр у к ти в н о е материалы , необходимы е для
выполнения
работы
по определению
из
молекулярных
представлении.
введение, з н а к о м я щ е е студ ен то в с
ние
э к с п е р !1 М с.п та л ы 1 о Г |
тической
части,
установки:
включая
коэф ф ициента
переноса
Работа
содержит
краткое
м етодом изм ерения, о п и с а ­
порядок
обработку
выполнения
полученных
прак­
результатов;
вопросы; с п и с о к рекомендуемой л и т е р а т у р ы .
Лабораторная работа предназначена для студентов всех
факультетов дневного и вечерннего отделений.
контрольные
Рецспзсптны :
10. М. Д у б и и к и и,
Э. Д. П о с ы п а й к о
Цель
р а б о т ы ; изучение явления тре н и я в ж и д ко с т и и о п ­
ределение ее коэф ф ициента вязко сти .
Г1 р и б о р ы п п р и н а д л е ж н о с т и: сосуд с исследуемой
ж и д ко с т ь ю , стальны е ш а р и ки , се кундо м е р , м икр ом е тр.
О ПИСАНИЕ МЕТОДА
М о л е ку л ы ж и д к о с т и сильнее в за и м о д е й ствую т м е ж д у собой,
чем м ол екулы газа и, не имея в о зм о ж н о с ти значител ьно уд а л я ть ­
ся д р у г от д р у га , о б р а зу ю т ко н д е н с и р о в а н н у ю систем у — ж и д ­
кость. В ж и д ко с т и м ол екулы ко л е б л ю тся о ко л о своих врем енны х
по л о ж е н и й равновесия, а затем п е р е с ка ки в а ю т па р асстоя ния п о ­
р яд ка д иам етра сам их м ол екул . Эта особенность в поведении моле­
ку л ж и д ко с т и не позвол яет полностью испол ьзовать вы вод ы мо­
л е ку л я р н о -ки н е ти ч е с ко й тео ри и, хо ро ш о прим еним ы е к газам .
О п ы т по ка зы ва ет, что на гр а н и ц а х раздела слоев ж и д ко с т и ,
а т а к ж е на гр а н и ц а х м е ж д у ж и д к о с т ь ю и тверды м телом д е й с тв у ­
ю т касател ьны е силы, значения ко то р ы х м о ж н о определить по эм ­
пи р и че ско й ф орм уле Н ью то н а :
где ~сГх
Составитель Алексей
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КЖ ИДКОСТИ ПО ME
Редактор Т. К- К р
Техн. редактор Н. N
Корректор IT. С. К у
Сдано
Ф ормат
в
набор
60X 84
Гарнитура
18 .0 1
1/1(3.
литератур
Т. 2 0 0 0 экз. З а к а з 229
.
I \ у i 1б ы ! п е в с к и 11 о р д е и :
авиационный
г.
Куйбыш ев,
циститу
ул. M oj
Тйп. ЭОЗ КуАИ, гЛ
ИЗМЕРЕНИИ И УСТАНОВКИ
гр а д и е н т ско ро сти ж и д к о с т и
в направлении, пе рпе н д и ­
ку л я р н о м гр ан и ц е раздела слоев;
т — сила, д е й ствую щ а я на е д и н и цу п л о щ ад и гр а н и ц ы р а з­
дела и напр а вле нна я по ка сате льной к этой гр ан и це ;
ц — по сто ян н ая, назы ваем ая коэф ф ициентом вн утр ен н его т р е ­
пня пли в я зко с ть ю ж и д ко с т и .
Д е йстви ем э ти х сил, явл я ю щ и хся по сущ еств у силам и в н у т ­
реннего тре н и я, о б ъ ясн яю тся, н априм ер, д в и ж е н и е ж и д ко с т и во
вращ а ю щ е м ся сосуде; разная ско ро сть течения нзоды у берегов
н па середине се; падение давления в ж и д ко с т и , те кущ е й по го ­
р и зо нтал ьной , по сто ян н о го
сечения тр у б е
при стацион а рн о м
р еж и м е п т. д.
В я з к о с т ь д а нной ж и д ко с т и ц за в и си т от внутр еннего строе­
ния ж и д ко с т и п сил взаим одействия м е ж д у со ста вл я ю щ и м и ее
м о л е кул а м и , а т а к ж е от внеш них усл о ви й , в ко то р ы х находится
ж и д ко с т ь , и, в первую очередь, от тем пе ра туры .
В системе С И , к а к следует из ( I ) , единицей в я зко с ти я вл я ­
ется П а -с .
П р и д в и ж е н и и в ж и д к о с т и лю бое тело испы ты вает си л у со­
противления своем у д в и ж е н и ю , которое состоит из д в у х слагае-
М ых: сопротивления давления и со противления тре н и я . П ервое
опоедечяется р а зн остью давлении на передней и задней кр о м к а х
д в и ж у щ е го с я тела. Второе - силам и вн утр ен н его тр е п н я , в о зн и ­
ка ю щ и м и за с ч е т б ольш ого гр ад и е н та с ко р о с ти в прилегаю щ ем
к тел у слое ж и д ко с т и . С оотнош ение м е ж д у с о -'Р ^ н в л ш щ е м гро, I и я И сопротивлением давления определяется числом Р ейнольдса.
Re = - !- f
,
<2>
где о — плотность ж и д ко с т и ,
v __ средняя (но сечению ) ско ро сть слоев ж и д ко с т и ,
I — х а р а кте р н ы й для поперечного сечения д в и ж у щ е ю с я
6 .гг I]
го ,
;
Р = p g V = - у - л с3 р g ,
вы р а ж е н и я для А р х и м е д о во й силы
F А = p i g V = ' \ n r 3P i g
п в ы р а ж е н и я для силы С то кс а
юла
П о сл е п р е о б р азо ва ни й п о л у ч и м о ко н ч а те л ь н у ю ф орм ул у м етеда С то кс а :
.
V TJ где d
о
|)|
i<d2
(и — pi)
^
.
\
(6)
диам етр ш а р и ка ,
плотность материала ш а р и ка ,
плотность ж и д ко с т и .
П О РЯДО К В Ы П О Л Н Е Н И Я РАБОТЫ
(^ )
1. Д л я к а ж д о г о из п о л уче н н ы х ш а р и ко в .
а) определить м и кр о м е тр о м диа м етр а ;
б) см очить ш а р и к и спы туем ой ж и д к о с т ь ю ;
> о п усти ть ш а р и к через в о р о н ку в сосуд и, пользуясь с е ку н д о ­
мером определить время п р о хо ж д е н и я ш а р и к о м при равпомер
мором, о предел. .......
м о ж т у лвумя м еткам и на ц и л и н д ­
ре М r i p и ' э т о м 1'следить, чтобы во время в кл ю ч е н и я и вы кл ю че н и я
секунд ом ера передняя и за д н я я м етки па с те н ка х цил инд ра н а к л а ­
ды вались д р у г на д р у га ;
г) н ай ти уста н о в и в ш у ю с я с ко р о сть ш а р и к а о,
_
..„.„Ю н ,
д) используя та б л и ч н ы е д а н н ы е д л я g, (> п Рь н а и ги к о ш И .
цнеит в н у тр е н н е го трения ц (в к а ж д о м из о п ы т о в ).
2. Всё данны е занести в т а б л и ц у :
Номер
|
опы та
(4)
-
и ш а р и к начн ет д в и га ться равномерно с н екото ро й установивш ейся
ско р о стью V,
•«
0
(4
2
?7 7
Л)
О
ко гд а
Г Т Т Г 7 7 '/ / / У
(с учетом напр а вл е н ия
4 - л г3g (р — p i) — 6 ПЛ го = 0 .
гд е г — радиус ш а р и к а (х а р а кте р н ы й р а зм е р ),
v — ско ро сть ш а р и к а от носи i сл ы ю
н е п о д в и ж н ы х слоев ж и д ко с т и .
З ависим о сть
(3)
используется
для о п ы тн о го определения ц ж и д ­
кости по м етоду С токса.
П у с ть ш а р и к
радиусом г д в и ­
ж ется в ж и д к о с т и , нал итой в ци­
л и н д р и че ски й сосуд довольно бо ль­
ш ого
радиуса R {R > С) ■ В н у тр и
ж и д ко с т и па ш а р и к д е й ствую т —
сила веса / \
А р хи м ед ова сила П
и сила со противл ения
среды !■тр
(р и с у н о к).
Т а к к а к сила
тре н и я п р о по р ­
циональна щ то н а с т у п и т м ом ент,
Р + F a + F Tp -
(3 ) дает
с и л );
разм ер;
и — в я зко сть ж и д ко с т и .
П р и м алы х числах Re, что обы чно со ответствует м а л ы м с к о ­
ростям д в и ж е н и я тела, сопротивлением давления м о ж н о пренс
б печь п учи ты вать то л ько сопротивление трения.
С опротивление трения сущ ественны м образом
за в н е ш
о
геом етрии д в и ж у щ е го с я тела и для сим м е тр и чн ы х те л м о ж и они,.
рассчитано м атем атически.
Т а к , для сил со противления пр и д в и ж е н и и ш а р и к а м ал ы х р аз­
меров в б е згр а н и чн о й ж и д к о с т и С то кс по л учи л ф орм улу
[' —
П о д с та н о в ка в ф орм улу (4) в ы р а ж е н и я для силы веса
м
кг
кг
РЬ — 3
S'~ &
с/, м
/, м
t, с
у, м /с
п, Па-с
Т а к к а к изм ерения с одним и тем ж е ш а р и ко м в н а ш и х усл о ­
виях неповторим ы , то зн ачен ия rj, полученны е в ка ж д о м опыте,
независим ы и по гр е ш н о сть Д г\ следует определять по методу
пр ям ы х изм ерений.
3. З а п и са ть результат изм ерений в виде:
Г| = ц ± Д г\ ;
а = 0,95 ;
КО П ТР О Л Ы !Ы Е ВОПРОСЫ
1. П о че м у сте н ки сосуда м о гу т вл иять на д в и ж е н и е ш а р и к а и
ко гд а этим влиянием м о ж н о пренебречь?
2. В чем состоит о тл ичие м еханизм а в я зко с ти в ж и д к о с т и от
в я зко сти в газах?
3. Ч то т а ко е единица в я зко сти 1 Па - с ?
4. К а к за в и си т в я зко сть ж и д к о с т и от тем пе р а тур ы , с чем эго
связано?
5. Р азберите ха р а кте р д в и ж е н и я ш а р и ка до падения его в ж и д ­
ко сть п после.
6. В ы ведите р асчетн ую ф орм улу метода С токса.
7. И зм ерение ка ко й величины в этом о пы те дает н аи б ол ьш ую
погреш ность?
библиограф ический список
1. С п I) у X II II
171с.
2.
545,
X a i'i к и н
Д.
С.
5 4 9 — 551.
3. И в е р о н о в а
1962,
задание
№
46.
В.
Э.
В.
Общий
курс
Ф изические
И.
ф изики. —
основы
Ф изический
М .:
Наука,
механики.
практикум.
М .:
—
М .:
1974. —
Т.
1962.
С. 544 —
-
1.
-
Ф изм атлитература,