Определение коэффициента вязкости жидкости по методу Стокса

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВО «Уральский государственный экономический университет»

Центр дистанционного образования                    

Отчет о лабораторной работе по дисциплине «Физика» на тему

 «Определение коэффициента вязкости жидкости по методу Стокса»

Студент: _Корлыханов Андрей Юрьевич

Группа:  ИДОЗБУК20пПол

Дата: ________________

Проверил: ____________

Екатеринбург 2020

Цель работы: изучение основных законов внутреннего трения и определение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса/

Приборы и принадлежности: сосуд с исследуемой жидкостью, шарик, секундомер, микрометр, линейка.

Краткая теория

Вязкость, или внутреннее трение, относится к группе явлений, с помощью которых система переходит в равновесное состояние и называемых явлениями переноса Условием их возникновения является существование различия (градиент) какого-либо параметра в разных частях системы. В частности, внутреннее трение возникает при различии в скоростях упорядоченного движения жидкости или газа. Распределение скоростей в жидкости характеризуется градиентом скорости – величиной, показывающей, как быстро меняется скорость при перемещении на единицу длины в направлении, перпендикулярном вектору скорости слоев (рис. 1). Модуль этой величины определяется формулой

[pic 1]

[pic 2]

Рис. 1. Неравномерное распределение скоростей направленного движения жидкости

Вязкость (внутреннее трение) характеризует свойства газообразных и жидких тел оказывать сопротивление относительному перемещению слоев вещества. В результате такого перемещения возникает сила, направленная в сторону противоположную скорости движения, – сила внутреннего трения.

Силы, возникающие между слоями газа или жидкости, испытывающими относительное перемещение, называют силами внутреннего трения. Свойства жидкости, связанные с наличием сил внутреннего трения, называют вязкостью.

Между соприкасающимися слоями жидкости при наличии градиента скорости возникают силы, направленные вдоль плоскости соприкосновения и препятствующие их относительному перемещению, – силы внутреннего трения. Их величина определяется законом Ньютона

[pic 3]

где S– площадь соприкосновения слоев; η– динамический коэффициент вязкости; gradV– градиент скорости.

Динамический коэффициент вязкости численно равен силе внутреннего трения, действующей на единицу площади соприкосновения слоев при градиенте скорости, равном единице. В СИ единица измерения динамического коэффициента вязкости – Паскаль ∙ секунда (Па∙с).

Возникновение вязкости у газов обусловлено переносом импульса упорядоченного движения молекул газа из слоя в слой при хаотическом тепловом движении практически не взаимодействующих молекул, поэтому с ростом температуры вязкость газов возрастает. Иной механизм внутреннего трения в жидкости. Он определяется главным образом силами молекулярного взаимодействия. Так как расстояния между молекулами жидкости существенно меньше, чем в газе, то молекулы испытывают значительные силы притяжения, которые и обусловливают большую вязкость жидкости. Кроме сил притяжения, между молекулами существуют и силы отталкивания, препятствующие сближению молекул. Совместное действие этих сил приводит к тому, что для каждой молекулы существует положение равновесия, около которого оно колеблется в течение некоторого времени (10- 10 с), называемого временем оседлости. По истечении этого времени молекула перемещается в новое положение равновесия на расстоянии 10-10 м. При повышении температуры Тэнергия колебательного движения молекул возрастает, уменьшается время оседлости и коэффициент вязкости экспоненциально падает.