Лабораторная работа №9 Определение коэффициента внутреннего трения жидкости по методу Стокса

Лабораторная работа № 9
Определение коэффициента внутреннего трения жидкости по методу Стокса.

Цель работы: 1.Изучить явление внутреннего трения в жидкостях. 2.Освоить метод определения вязкости жидкости – метод Стокса. 3.Определить температурную зависимость коэффициента вязкости глицерина.

Принадлежности: Стеклянный цилиндр с исследуемой жидкостью (глицерин); термостат; секундомер; измерительный микроскоп; масштабная линейка; мелкие свинцовые или стальные шарики.

Литература:

1. А. Н. Матвеев. Молекулярная физика; М.: Высшая школа; 1987- с.360
2. Я. И. Френкель. Кинетическая теория жидкостей; Л.: Наука; 1975- с.221 – 229
3. И. К. Кикоин, А. К. Кикоин. Молекулярная физика; М.: Наука; 1976 §§ 48, 49, 97
4. Л. Л. Гольдин. Руководство к лабораторным занятиям по физике; 1973, с.140
5. В.М. Гзогян, Ю.П. Полыгалов. Ключевые вопросы молекулярной физики; Кемерово 2003

Краткая теория

Явление внутреннего трения (вязкость) состоит в возникновении сил трения между слоями газа и жидкости при их относительном перемещении. Сила трения выражается формулой Ньютона:
(1)
где - коэффициент динамической вязкости: величина, показывающая, как быстро изменяется скорость жидкости или газа в направлении , перпендикулярном направлению движения слоев. Эта величина называется градиентом скорости ; - элементарная площадка поверхности соприкосновения слоев.
И з формулы (1) очевиден физический смысл коэффициента вязкости . Он численно равен силе трения между слоями площади при градиенте скорости , равном единице.

Рис.1

Вязкость жидкостей (газов) обуславливает сопротивления движению в них твердых тел. Стокс установил, что сила сопротивления пропорциональна коэффициенту динамической вязкости , скорости движения тела v относительно жидкости и характерному размеру тела r. Коэффициент пропорциональности зависит от формы тела и для шара он равен 6 . Следовательно , сила сопротивления движению шарика в жидкости при небольших скоростях в соответствии с формулой Стокса равна:
(2)
На небольшой шарик, падающий вертикально в жидкости или газе, действует три силы: