A tanulmány a viszkózus súrlódási erők - Megtanulják, hogyan kell párosítani!
Célkitűzés: hatásainak tanulmányozására viszkózus súrlódás és az egyik meghatározására szolgáló módszerek a Folyadékok viszkozitását.
Műszerek és kiegészítők: labdák, különböző átmérőjű, mikrométer, tolómérő, vonalzó.
Elemei az elmélet és kísérleti módszer
Minden valós folyadékok és gázok velejárója a belső súrlódás, más néven a viszkozitása. Viszkozitás nyilvánul különösen felmerült a folyékony vagy gáz mozgásának megszűnése után az okokat, miért is nevezték, fokozatosan megszüntetik. A mindennapi tapasztalatból, például, ismert, hogy annak érdekében, hogy hozzon létre és tart fenn a folyamatos folyadék a cső, ott kell lennie a nyomás közötti különbség a végén a cső. Mivel a folyamatos áramlását a folyadék mozog gyorsítás nélkül, hogy szükség van az intézkedés a nyomás erők azt jelzi, hogy ezek az erők egyensúlyban bizonyos erők, amelyek akadályozzák a mozgás. Ezek az erők az erők a belső súrlódás.
két alapvető mód folyadék áramlását vagy gáz lehet azonosítani:
lehet osztani vékony rétegek, amelyek mindegyike mozog az általános áramlási saját sebesség és nem keveredik a többi réteg lamináris áramlás folyadékáramot (gáz). Lamináris áramlás stacionárius.
Amikor az áramlás válik turbulens bizonytalan üzemmód - a részecskesebesség minden pontján mindenkor véletlenszerűen változik. Az adatfolyam így van intenzív keverését a folyadék (gáz).
Tekintsük a lamináris áramlású. Külön két rétegben S. áramlási terület a távolság # 8710; Z egymástól, és különböző sebességgel mozgó V 1 és V 2 (1. ábra). Ezután között egy erő viszkózus súrlódás arányos a gradiens DV / DZ ráta az irányára merőleges az áramlás irányát:
ahol az együttható # 956; definíció szerint, ez az úgynevezett a viszkozitás vagy a belső súrlódási együttható, DV = V 1 2-V.
Tól (1) látható, hogy a viszkozitást Pa-s (Pa-s).
Meg kell jegyezni, hogy a viszkozitás jellegétől függ és az állam a folyadék (gáz). Különösen, a viszkozitás nagymértékben függhet a hőmérséklet, ami megfigyelhető, például a vízben (lásd. 2. függelék). Nem tartja ezt a kapcsolatot a gyakorlatban, bizonyos esetekben vezethet jelentős eltérések az elméleti számítások és kísérleti adatokkal.
A gáz viszkozitása miatt az ütközés a molekulák (lásd 1. függelék)., Folyadékokban - intermolekuláris kölcsönhatás korlátozza a molekuláris mobilitás.
A viszkozitást néhány folyékony és gáz halmazállapotú anyagok mellékletben megadott 2.
Mint már említettük, a folyadék áramlását, vagy gáz áramolhat az egyik két mód - lamináris vagy turbulens. Angol fizikus Osborne Reynolds úgy találta, hogy a természet az áramlás határozza meg dimenzió nélküli érték
Ahol - a mennyiség úgynevezett kinematikus viszkozitása, V - sebessége a folyadék (vagy testfolyadék), D - néhány jellegzetes felbontás. Abban az esetben, a folyadék áramlását a csőben a D. megvalósítani egy jellemző keresztmetszeti mérete a cső (például az átmérő vagy sugár). Amikor test mozgása a folyadékot a D megvalósítani a jellemző méret a test, mint például a labda átmérője. Értékek esetén Re<1000 течение считается ламинарным, при Re> 1000-ben az áramlás turbulens lesz.
Az egyik módszer mérésére viszkozitású anyagok (viszkozimetriával) egy csökkenő golyó módszerrel, vagy eljárás Stokes. Stokes azt mutatta, hogy a labdát, mozgó sebessége v egy viszkózus közegben, az erő a viszkózus súrlódási egyenlő. ahol D - a gömb átmérője.
Tekintsük a labda mozgását, amikor csökken. Szerint a Newton második törvénye (ábra. 2)
,
Amennyiben az F - az erő a viszkózus súrlódás - Archimedes erő - a gravitációs erő, # 961; F és # 961; - sűrűsége a folyékony anyag és a gyöngyöket rendre. A megoldás ennek a differenciálegyenlet az alábbi összefüggés a labda sebességét időről időre:
Ahol V 0 - kezdősebessége a labdát, és a
A sebessége egyenletes mozgás (ha T >> # 964;). A mennyiség a relaxációs idő. Ez az érték azt mutatja, hogy milyen gyorsan egy stacionárius mozgás mód. Általában úgy vélik, hogy ha T ≈3 # 964; mozgás nem különbözik a vezetékes. Így mérésével sebesség vy. Meg lehet kiszámítani vyazkoct folyadék. Megjegyezzük, hogy a Stokes formula érvényes Reynolds-szám 1000-nél kisebb, azaz a lamináris áramlási rendszer a folyékony gyöngy.
Laboratóriumi mérő készülékkel Folyadékok viszkozitását módszerével Stokes egy üvegedénybe töltött a vizsgálandó folyadékkal. Top mentén, a henger tengelyére, dobja labdákat. A felső és alsó része a hajó vízszintes jelet. Mérési idő egy stopper mozgás a labda a védjegyek közötti, és ismerve a távolság közöttük, meg a sebessége egyenletes mozgást végez el. Ha a palack keskenyebb, a számítási képletek módosítani kell, hogy a hatás a falak.
Tekintettel ezekre a módosításokra, a képlet a viszkozitás válik:
Amennyiben L - A jelek közötti távolság, a D - belső átmérője a hajó.
Az, hogy a teljesítmény
1. Mérjük a féknyereg keresztül belső átmérője edényben egy vonalzóval - közötti távolság vízszintes jelölések a hajó, és egy mikrométer - átmérőinek a golyók használt a kísérletben. A gravitációs gyorsulás tekinthető egyenlő 9,8 m / s2. folyadék sűrűsége és sűrűsége labdák felsorolt anyagok laboratóriumi környezetben.
2. elhagyása felváltva gyöngyök a folyadék mérésére áthaladását mindegyikük az utat a védjegyek között. Az eredményeket a táblázatban. A táblázat azt mutatja, a kísérlet számát, és átmérője a labda áthaladás során, és a számítás eredményét a viszkozitás minden egyes kísérletben.
3. Értékelje az abszolút hiba a mérési eredményeket és a végső kimenet értékeinek # 956;. Ebben az esetben az alábbi képlet:
,
,
, , ,
Ahol Ct. Cd. CL - elosztjuk egységár, amely készült megfelelő mérési, K = 1,1, Tc∞ = 1,96 (megbízhatósági szint P = = 0,95).
4. Határozza meg az értéket a Reynolds-szám az egyik a kísérleteket és következtetni az alkalmazhatóságát a Stokes képlet.
5. Mérje az útnak a labdát, amíg egy állandó mozgás módba. Egyértelmű, hogy az idő T, a megtett távolságot határozza meg az integrál
Mutatják, hogy amikor a T = 3 # 964; path S = 2V Y # 964;, és értékeli ezt a méretet. Következtetéseket levonni a helyességét a tapasztalat.