Лабораторна робота № 5

У першому випадку сила опору рідини руху тіла (наприклад, сила опору води руху підводного човна) характеризується динамічною в'язкістю. Якщо ж рідина рухається щодо твердого тіла (наприклад, протягом води, бензину, нафти в трубопроводі або крові в артеріях і венах), то силу опору руху, що виникає між двома шарами рідини, краще характеризувати кінематичною в'язкістю.

На відміну від газів (де відстані між молекулами велика і сила внутрішнього тертя визначається в основному перенесенням кількості руху (імпульсу) між шарами газу) в рідинах, де відстані між молекулами багато менше, в'язкість обумовлена ​​в першу чергу молекулярним взаємодією, що обмежує рухливість молекул. У рідини молекула може проникнути в сусідній шар лише при утворенні в ньому порожнини, достатньої для перескакування туди молекули. На утворення порожнини (на "розпушування" рідини) витрачається так звана енергія активації в'язкої течії. Енергія активації зменшується з ростом температури Т і зниженням тиску Р. В цьому полягає одна з причин різкого зниження в'язкості рідин з підвищенням температури і зростання її при високому тиску. При утворенні порожнини внутрішня енергія рідини збільшується (нагрівається). Це відбувається тільки тоді, коли рідина рухається, тобто на рідину діють зовнішні сили. Це означає, що через наявність сил внутрішнього тертя кінетична енергія руху рідини перетворюється в її внутрішню енергію. Очевидно, що чим менше кінетичної енергії рідини перетворюється в її внутрішню енергію, тим менше роль в'язкості. Але кінетична енергія деякої кількості рідини пропорційна її щільності, а робота сил внутрішнього тертя пропорційна динамічної в'язкості. Тому відносний вплив в'язкості на рух рідини щодо твердого тіла визначається величиною

яку і називають кінетичної в'язкістю рідини.

Величина v точніше, ніж величина характеризує роль в'язкості при інших рівних умовах. З огляду на, що величини і v можна визначити не тільки для рідини, але і для газу, розглянемо наступний приклад. При температурі близько 0 0 С величина для води приблизно в 100 разів більше, ніж для повітря. Це означає, що сила опору, яка виникає при русі твердого тіла в воді, буде значно більше, ніж при русі цього ж тіла в повітрі. При тих же умовах кінематична в'язкість v води майже в 10 разів менше кінематичної в'язкості повітря, а це означає, що сила опору, що виникає при протіканні води через трубу діаметром d. буде набагато менше, ніж при протіканні через цю трубу повітря.

Сили опору, що виникають при русі рідини в трубі, залежать не тільки від в'язкості рідині, але і від характеру її руху. Перебіг рідини називається стаціонарним, якщо вектор швидкості частинок рідини в кожній точці простору, зайнятого поточної рідиною, залишається постійним. Іншими словами, будь-яка частка рідини проходить цю точку простору з однією і ой же за величиною і напрямком швидкістю. При стаціонарному перебігу рідина рухається як би шарами, причому кожен шар ковзає щодо сусіднього без перемішування, а вектори швидкості всіх частинок рідини паралельні осі труби. Такий перебіг рідини називається ламінарним (шаруватим). При збільшенні швидкості течії рідини шаруватий характер руху рідини порушується, і ламінарний плин переходить в турбулентний, при якому сили опору руху рідини в трубі різко зростають. Визначити, який вид руху рідини буде в даній трубі, можна за допомогою експериментально встановленого критерію, який називається числом Рейнольдса:

У даній роботі визначення кінематичної в'язкості розчинів спирту проводиться через вимір часу витікання рідини з капілярного віскозиметра під дією сили тяжіння. Ламінарний рух рідини в вискозиметре забезпечується незначною різницею тисків на кінцях капілярної трубки і малим її діаметром.

Розглянемо рух рідини (рис. 1) по капіляри довжиною під дією різниці тисків і в верхньому і нижньому кінцях трубки. При ламінарному плині рідини (наприклад, води) швидкість спрямованого руху всіх частинок, що знаходяться на однаковій відстані від осі, буде однакова.

Через наявність внутрішнього тертя найбільшою швидкістю буде володіти центральна частина рідини, найменшою швидкістю, що дорівнює нулю, частина рідини, що стикається зі стінкою трубки. Середня ж швидкість шарів рідини визначається законом Пуазейля

де і # 45; кінематична в'язкість і час протікання стандартної (еталонної) рідини через капіляр. Отже, з (9), знаючи кінематичну в'язкість еталонної рідини, час її проходження через капіляр і час проходження через капіляр такого ж обсягу досліджуваної рідини, можна визначити кінематичну в'язкість останньої.

Капілярний віскозиметр Освальда (див. Рис. 2 на наступній стор.) Являє собою U-подібну скляну трубку, широке коліно АВ якої закінчується внизу розширенням С. Інша коліно KDG складається з капіляра К. закінчується нагорі розширеннями D і G.

На коротку трубку В надіта гумова трубка Е з грушею F. Через отвір А за допомогою воронки в широке коліно наливається певний обсяг досліджуваної рідини до рівня b. Потім, закривши пальцем отвір А. стискають гумову грушу F і переганяють рідина з розширення С в розширення D і G. Як тільки деяка частина рідини виявляється в розширенні G. перегонку рідини закінчують. Далі спостерігають перетікання рідини через капіляр До з лівого коліна в праве. У той момент, коли меніск проходить через мітку т. Включають секундомір, а в момент проходження мітки n зупиняють секундомір.

Порядок виконання роботи

1. Наливають в вискозиметр певний обсяг води і три рази вимірюють час її протікання через капіляр віскозиметра. Знаходять.

2. Використовуючи табличне значення для води при тій температурі повітря, яка є в даний момент в лабораторії, обчислюють постійну приладу.

3. Виливають воду з віскозиметра, по черзі заливають в нього розчини спирту різної концентрації С і визначають час їх протікання.

4. За формулою визначають значення кінематичної в'язкості кожного розчину.

5. Будують графік

Питання для самоконтролю

1. Що характеризує динамічна в'язкість рідини?
2. Що характеризує кінематична в'язкість рідини?
3. У чому полягає фізична причина в'язкого тертя в рідинах і газах?
4. В чому полягає ідея методу визначення кінематичної в'язкості рідини, що використовується в вискозиметре Оствальда?
5. Що є ключовими елементами цього віскозиметра?
6. Яке призначення розширення С в вискозиметре?
7. Які види течії рідини вам відомі? Якою рідини (ідеальною або реальною) вони спостерігаються?
8. Що таке число Рейнольдса і для чого його використовують?
9. Напишіть і проиллюстрируйте формулу Пуазейля. описує течія в'язкої рідини по каналу з круглим поперечним перерізом.
10. Що таке гідравлічний опір і яка його залежність від радіуса перерізу каналу?
11. Яке розподіл (distribution) швидкості ідеальної рідини в поперечному перерізі каналу? Відповідь поясніть.
12. Варіюється чи тиск в поперечному перерізі потоку реальної рідини? Як і чому?

Схожі статті

• Біржа курсових і дипломних проектів (написання на замовлення дипломної роботи, дисертації, курсові

• Біржа курсових і дипломних проектів (написання на замовлення дипломної роботи, дисертації, курсові 3

• Розрахунок виробничих калькуляцій трудовитрат і вартості робіт - будівництво