Обработка результатов измерений.

Лабораторная работа № 9.

Определение коэффициента внутреннего трения жидкости по методу Стокса

Экспериментальная установка состоит из двух стеклянных цилиндрических сосудов, расположенных симметрично относительно измери­тельной линейки и заполненных вязкими жидкостями. На измерительной линейке расположены два ползунка (верхний и нижний) с планками. Расстояние между планками равно L. Для каждой жидкости проводят серию опытов. В сосуд опускают поочередно пять небольших шариков, плотность которых ρ₁ больше плотности жидкости ρ₂. Диаметры шариков предварительно измеряют с помощью специального микроскопа. Расстояние между поверхностью жидкости и верхней планкой подбирают так, чтобы на это участке скорость шарика стабилизировалась; при этом на участке L между планками скорость шарика будет постоянной. В опыте измеряют диаметр шариков, расстояние между двумя планками и время движения каждого шарика на этом участке.

Получение расчетных формул.

На движущейся со скоростью v₀ шарик в вязкой жидкости действуют следующие силы: сила тяжести F₁ =ρ₁gv₁ (v₁- объем шарика), направленная вниз, сила Архимеда F₂=ρ₂gv₂ и сила Стокса F₃=3πdv₀η,направленные вверх. Так как скорость движения шарика v₀ постоянна, то уравнение второго закона Ньютона в проекции на вертикальную ось можно записать в виде:

F₁ - F₂ - F₃ = 0

Подставляя выражение для сил F₁, F₂, F₃, а также учитывая, что объем шара равен

где d - диаметр шара,

получается выражение для коэффициента внутреннего трения жидкости

Установившаяся скорость движения шарика на участке L находится по формуле:

где τ- время движения шарика между планками, с.

Формула для определения коэффициента внутреннего трения жидкости

Залить в цилиндрические стеклянные колбы исследуемые жидкости, в качестве которых рекомендуется глицерин и касторовое масло.

Определить температуру Т воздуха в помещении, считая ее равной температуре жидкости.

Измерить диаметр шарика d с помощью микроскопа. Измерения проводить не менее трех раз, каждый раз поворачивая шарик. Результаты измерений занести в таблицу 1. Рассчитать среднее значение диаметра каждого шарика d_c.

Таблица 1

			Диаметры дробинок по отсчетам слева N1 и справа N2
N1	N2	d1, мм	N1	N2	d2, mm мм	N1	N2	d3, мм	dс, mm

 

Опустить шарик в сосуд. Секундомером измерить время t прохождения шариком расстояния L между верхней и нижней планками.

Повторить опыт для пяти шариков.

Записать данные в таблицу результатов измерений (В единицах СИ):

 

Таблица 2

	Диаметр дробины d = 0.44*dc	Время падения дробины t, с	Коэффициент внутреннего трения жидкости hj

Данные установки:

Плотность материала шариков ρ₁ = 11300 кг/м³ (свинец);

Плотность жидкости ρ₂ = 1260 кг/м³ (глицерин);

ρ ₂ = 960 кг/м³ (касторовое масло);

Ускорение силы тяжести g = 9.8 м/с²;

Расстояние между планками L =;

Температура жидкости Т =;

Диаметр дробины d = 0.44*d_c;

где d_c – диаметр изображения видимый в микроскопе.

Примечание. Для второй жидкости опыты проводятся в той же последовательности. Результаты записываются в аналогичную таблицу.

Обработка результатов измерений.

1) По формуле рассчитать коэффициент внутреннего трения жидкости h_j для каждого опыта.

2) Определить среднее (из пяти опытов) значение диаметра дробины и среднее значение коэффициента внутреннего трения.

3) Рассчитать прямую погрешность ∆d, ∆t, ∆L.

4) Погрешность косвенного измерения h рассчитать по приближенной формуле: ∆h=3∆d

5) Записать результат с учетом погрешности измерений (указать единицы измерений в СИ).

6) Сделать вывод.

Контрольные вопросы.

1. Можно ли для данного опыта брать шарики любой величины?
Можно ли брать полые шарики?

2. При каких скоростях справедлива формула Стокса?

3. Как зависит коэффициент внутреннего трения жидкости от температуры?

4. Зависит ли скорость шарика от его радиуса?

5. Оценить точность метода измерений.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: