Эксперт по сдаче вступительных испытаний в ВУЗах
4.1 Лабораторная работа «Определение коэффициента динамической вязкости жидкости методом Стокса»
Цель работы: изучение явления внутреннего трения в жидкостях и опытное определение величины коэффициента вязкости жидкости методом Стокса на виртуальной лабораторной установке.
Порядок выполнения работы
Перед началом измерений: получить свой вариант задания и допуск у ведущего преподавателя; ознакомиться с работой виртуальной лабораторной установки, провести пробные измерения (п. 2-3) для различных значений диаметра шарика
d и расстояния между метками
L, определяя время прохождения между метками при помощи секундомера.
Внимание! Вариант задания выдается преподавателем или определяется по таблице вариантов и номеру зачетной книжки.
- 1. Занести в таблицу заданные в вашем варианте значения: расстояние Li(между метками 3 и 4 (см. рис.3), диаметр шарика diи его плотность rш, а также плотность исследуемой жидкости rж.
Таблица.
| № п/п |
rш,
кг/м3 |
rж,
кг/м3 |
Li,
м |
DL,
м |
di,
м |
Dd,
м |
ti,
c |
Dt,
c |
V,
м/с |
Re |
h,
Па × с |
Dh,
Па × с |
h ,
Па × с |
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- 2. Сбросить шарик в сосуд с жидкостью. В момент касания шариком верхней метки запустить секундомер, а в момент касания шариком нижней метки остановить его. Записать в таблицу показание секундомера ti.
- 3. Кнопкой «СБРОС» установить нуль на табло секундомера.
- 4. Повторить измерения еще четыре раза, задавая различные значения диаметра шариков diи расстояние Liмежду метками (пп. 4 и 5).
- 5. Результаты опытов занести в таблицу измерений.
- 6. Вычислить коэффициент вязкости h для каждого из пяти опытов по рабочей формуле (6) или (7).
- 7. Найти среднее значение коэффициента вязкости как
n
h =
i=1
ni .
- 8. Определить абсолютные приборные погрешности прямых измерений (расстояния между метками DL, диаметр шарика Dd, время его падения Dt, плотности шарика Drши жидкости Drж), а также их относительные ошибки εL, εd,er и εt.
- 9. Оценить полную абсолютную Dh и относительную ε погрешности. 10. Записать конечный результат в виде h=h ± D h .
- 11. Сравнить полученное значение h со справочными данными. 12. По результатам эксперимента сделать выводы.
Замечание.Оценкуабсолютнойпогрешностикоэффициента вязкости
Δη рассчитать по методике расчёта погрешностей косвенных
D h = h (2e
d )2 + e 2 + e
t 2 + e
L 2 , (8)
или
Dh = h 4ç D
d ÷2 + ç D r è ø è
÷2 + ç D
l ÷2 + ç D
t ÷2 . (8а) ø è ø è ø
Сравните вклад слагаемых величин в общую величину абсолютной погрешности в формулах (8, 8а).
Определение варианта
Всего необходимо выполнить пять измерений. Четыре измерения по заданиюиз табл.,пятое измерение –произвольные значения расстояния между метками
Lидиаметр шарика
d. Последние две цифрыномера зачётнойкнижки указывают на Ваш вариант. Например, номеру зачетной книжки №
645693 соответствует вариант 93, находим в таблице значения
L =
61—66, см;
d =
4,3-4,8, мм;
Измерения:
- 1. L = 61 см d = 4,3 мм 2. L = 61 см d = 4,8 мм 3. L = 66 см d = 4,3 мм 4. L = 66 см d = 4,8 мм 5. L = 63 см d = 4,5 мм
Пятое измерение – задаются произвольные значения расстояния между метками
L =
61-66, см. и диаметра шарика
d =
4,3-4,8, мм
(
L =
63 см, и
d =
4,5 мм).
Контрольные вопросы
- 1. Поясните сущность явления вязкого трения. Какова природа сил внутреннего трения жидкости?
- 2. Что такое коэффициент динамической вязкости? В каких единицах измеряется величина вязкости h в системе СИ?
- 3. Какие силы действуют на тело, движущееся в жидкости?
- 4. Дайте определение ламинарного и турбулентного течения жидкости. 5. Запишите формулу Стокса и укажите условия ее применимости.
- 6. Оцените величину силы трения, действующей на стальной шарик диаметром 3 мм, падающий со скоростью 0,75 м/с в жидкости с коэффициентом вязкости 1,5 Па.с.
- 7. Почему шарик в начале движения ускоряется, а затем движется равномерно? Что такое градиент скорости?
- 8. Запишите рабочую формулу, объясните условия её применения и причину начала измерения времени не от поверхности жидкости.
- 9. Перечислить основные источники погрешностей измерений, проводимых в данной работе.
Литература
- 1. Курс физики : учеб. пособие для инж.-техн. специальностей вузов / Т. И. Трофимова. – 18-е изд., стер. – М. : Академия, 2 – 557 с.
- 2. Курс физики : учеб. пособие для втузов / А. А. Детлаф, Б. М. Яворский. – 9-е изд., стер. – М. : Академия, 2012. – 719 с.
- 3. Савельев И.В. Курс общей физики. – М. : Наука, 2 Т. 1, 2, 3.
- 4. Лабораторные работы : метод. указания по выполнению лабораторных работ / сост. В.И. Щепин. – Иркутск : Изд-во ИрГТУ, – Ч.1. – 64 с.
- 5. Лабораторные работы : сост. В.И. Щепин. – Иркутск : Изд-во ИрГТУ, 2010. – Ч.2 – 64с.
- 6. Щепин В.И. Физика: лаб. практикум. – Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2017, – 132 с.
Лабораторная работа №4.1
«Определение коэффициента динамической вязкости жидкости методом Стокса»
Варианты заданий для лабораторной работы 4.1 «Определение коэффициента динамической вязкости жидкости методом Стокса»
Всего необходимо выполнить пять измерений. Четыре измерения по заданию из табл., пятое измерение – произвольные значения расстояния между метками
L и диаметр шарика
d.
Последние две цифры номера зачётной книжки указывают на Ваш вариант. Например, номеру зачетной книжки №
645693 соответствует вариант 93, находим в таблице значения
L =
61—66, см;
d =
4,3-4,8, мм;
Измерения:
- 1. L = 61 см d = 4,3 мм 2. L = 61 см d = 4,8 мм 3. L = 66 см d = 4,3 мм 4. L = 66 см d = 4,8 мм 5. L = 63 см d = 4,5 мм
Пятое измерение – задаются произвольные значения расстояния между метками
L =
61-66, см. и диаметра шарика
d =
4,3-4,8, мм; (например,
L =
63 см, и
d =
4,5 мм).
Таблица вариантов
| № вар |
L ± 0.5 , см |
d ± 0.05 , мм |
№ вар |
L ± 0.5 , см |
d ± 0.05 , мм |
№ вар |
L ± 0.5 , см |
d ± 0.05 , мм |
№ вар |
L ± 0.5 , см |
d ± 0.05 , мм |
| 1. |
43-48 |
3,1-3,6 |
26 |
40-45 |
3,0-3,5 |
51 |
60-65 |
3,0-3,5 |
76 |
40-45 |
3,3-3,8 |
| 2. |
53-58 |
3,1-3,6 |
27 |
50-55 |
3,0-3,5 |
52 |
40-45 |
3,0-3,5 |
77 |
50-55 |
3,3-3,8 |
| 3. |
63-68 |
3,1-3,6 |
28 |
60-65 |
3,0-3,5 |
53 |
50-55 |
3,0-3,5 |
78 |
60-65 |
3,3-3,8 |
| 4. |
43-48 |
4,1-4,6 |
29 |
40-45 |
4,0-4,5 |
54 |
60-65 |
4,0-4,5 |
79 |
40-45 |
4,3-4,8 |
| 5. |
53-58 |
4,1-4,6 |
30 |
50-55 |
4,0-4,5 |
55 |
40-45 |
4,0-4,5 |
80 |
50-55 |
4,3-4,8 |
| 6. |
63-68 |
4,1-4,6 |
31 |
60-65 |
4,0-4,5 |
56 |
50-55 |
4,0-4,5 |
81 |
60-65 |
4,3-4,8 |
| 7. |
43-48 |
5,1-5,6 |
32 |
40-45 |
5,0-5,5 |
57 |
60-65 |
5,0-5,5 |
82 |
40-45 |
5,3-5,8 |
| 8. |
53-58 |
5,1-5,6 |
33 |
50-55 |
5,0-5,5 |
58 |
41-46 |
5,0-5,5 |
83 |
50-55 |
5,3-5,8 |
| 9. |
63-68 |
5,1-5,6 |
34 |
60-65 |
5,0-5,5 |
59 |
51-56 |
5,0-5,5 |
84 |
60-65 |
5,3-5,8 |
| 10. |
43-48 |
6,1-6,6 |
35 |
40-45 |
6,0-6,5 |
60 |
61-66 |
6,0-6,5 |
85 |
40-45 |
6,3-6,8 |
| 11. |
53-58 |
6,1-6,6 |
36 |
50-55 |
6,0-6,5 |
61 |
41-46 |
6,0-6,5 |
86 |
50-55 |
6,3-6,8 |
| 12. |
63-68 |
6,1-6,6 |
37 |
60-65 |
6,0-6,5 |
62 |
51-56 |
6,0-6,5 |
87 |
60-65 |
6,3-6,8 |
| 13. |
43-48 |
3,1-3,6 |
38 |
41-46 |
3,0-3,5 |
63 |
61-66 |
3,0-3,5 |
88 |
41-46 |
3,3-3,8 |
| 14. |
53-58 |
3,1-3,6 |
39 |
51-56 |
3,0-3,5 |
64 |
41-46 |
3,0-3,5 |
89 |
51-56 |
3,3-3,8 |
| 15. |
63-68 |
3,1-3,6 |
40 |
61-66 |
3,0-3,5 |
65 |
51-56 |
3,0-3,5 |
90 |
61-66 |
3,3-3,8 |
| 16. |
43-48 |
4,1-4,6 |
41 |
41-46 |
4,0-4,5 |
66 |
61-66 |
4,0-4,5 |
91 |
41-46 |
4,3-4,8 |
| 17. |
53-58 |
4,1-4,6 |
42 |
51-56 |
4,0-4,5 |
67 |
41-46 |
4,0-4,5 |
92 |
51-56 |
4,3-4,8 |
| 18. |
63-68 |
4,1-4,6 |
43 |
61-66 |
4,0-4,5 |
68 |
51-56 |
4,0-4,5 |
93 |
61-66 |
4,3-4,8 |
| 19. |
43-48 |
5,1-5,6 |
44 |
41-46 |
5,0-5,5 |
69 |
61-66 |
5,0-5,5 |
94 |
41-46 |
5,3-5,8 |
| 20. |
53-58 |
5,1-5,6 |
45 |
51-56 |
5,0-5,5 |
70 |
54-64 |
5,0-5,5 |
95 |
51-56 |
5,3-5,8 |
| 21. |
63-68 |
5,1-5,6 |
46 |
61-66 |
5,0-5,5 |
71 |
40-45 |
5,0-5,5 |
96 |
61-66 |
5,3-5,8 |
| 22. |
43-48 |
6,1-6,6 |
47 |
41-46 |
6,0-6,5 |
72 |
50-55 |
6,0-6,5 |
97 |
41-46 |
6,3-6,8 |
| 23. |
53-58 |
6,1-6,6 |
48 |
51-56 |
6,0-6,5 |
73 |
60-65 |
6,0-6,5 |
98 |
51-56 |
6,3-6,8 |
| 24. |
63-68 |
6,1-6,6 |
49 |
61-66 |
6,0-6,5 |
74 |
40-45 |
6,0-6,5 |
99 |
61-66 |
6,3-6,8 |
| 25. |
50-55 |
5,0-5,8 |
50 |
54-64 |
4,0-5,5 |
75 |
50-55 |
3,8-4,8 |
00 |
50-55 |
5,3-6,3 |
Ссылка на первоисточник:
http://www.mosgu.ru
