Ruch ciała w cieczy lepkiej - ćwiczenia

wiczenie 4 „LEPKO”
Temat: Ruch ciaa w cieczy lepkiej. Cel: Wyznaczenie wspczynnika lepkoci gliceryny. Przyrzdy: Cylinder pomiarowy, waga analityczna, mikromierz, stoper, przymiar milimetrowy.
Literatura: H. Szydowski, PRACOWNIA FIZYCZNA, rozdz. II, 9.2 I
T. Dryski, WICZENIA LABORATORYJNE Z FIZYKI, I.Metoda pomiaru
W czasie powolnego ruchu przemieszczaj si we wntrzu cieczy jej warstwy. Pomidzy warstwami
zachodzi zjawisko wewntrznego tarcia. Tarcie to nazywa si lepkoci. Ciao zanurzone w cieczy jest
na og przez t ciecz zwilane. Oznacza to, e powierzchnia ciaa pokrywa si cienk warstw cieczy.
Poruszajce si w cieczy ciao unosi ze sob t warstw i na skutek tarcia wewntrznego doznaje w ten
sposb pewnej siy oporu. W wiczeniu badamy swobodne opadanie kulki w glicerynie. Zakadamy,
e kulka porusza si, nie pozostawiajc za sob adnych wirw. Jeeli kulka jest maa i opada ruchem
jednostajnym z ma prdkoci to zaoenie to jest spenione. Wok kulki ciecz przemieszcza si
warstwami. Jest to tzw. przepyw ustalony (laminarny). Stokes wykaza, e na kulk dziaa wtedy
sia oporu cieczy, zwrcona przeciwnie do kierunku ruchu i rwna:
Fr = 6phrv (1)
gdzie: r - promie kulki, v - prdko kulki, - wspczynnik lepkoci cieczy
Wzr (1) otrzymano, zakadajc ponadto, e odlego kulki od cian zbiornika z ciecz jest dua.
Jeeli tak nie jest to blisko cian zbiornika wpywa na ruch kulki. W przypadku, gdy kulka opada
wzdu osi cylindra o wewntrznym promieniu R, to wyraenie na si Fr przybiera posta:
(2) Na kulk dziaaj ponadto: sia cikoci Q i sia wyporu cieczy Fw. Ilustruje to rysunek.
Fr Fw ciana cylindra
r R
Q
Rys. 1. Siy dziaajce na opadajc pionowo kulk
Ruch kulki jest jednostajny od chwili gdy wypadkowa si staje si rwna zeru, czyli:

(…)

… kulki jest jednostajny od chwili gdy wypadkowa si staje si rwna zeru, czyli:
Fr + Fw - Q = 0 (3)
Ciar kulki wyraamy poprzez jej mas m, zatem: Q = mg. Masa rwna jest m = rcV, przy czym
rc oznacza gsto kulki, a V = (4/3)pr3 - jej objto. Zgodnie z prawem Archimedesa,
sia wyporu rwna jest ciarowi wypartej cieczy, czyli: Fw = mcg. Masa cieczy wynosi mc = rcV,
gdzie rc oznacza gsto cieczy, a V - jej objto…
… z niepewnoci u() ? Dla ktrych kulek wpyw cian cylindra jest istotny?
IV. Pytania kontrolne
1. Co nazywamy lepkoci pynu? 2. Jakie siy dziaaj na ciao poruszajce si w lepkiej cieczy?
3. Sformuowa prawo Archimedesa.
4. Co to jest przepyw laminarny? W jakich warunkach zachodzi?
5. Od czego zaley sia oporu gdy ciao porusza si w cieczy nie powodujc w niej wirw?
6. Omwi metod wyznaczania wspczynnika lepkoci cieczy…
… lustra
cieczy i by moliwie najdusza. 4. Chwyta szczypcami kad kulk i puszcza znad lustra cieczy tak, aby opadaa blisko osi cylindra.
Zmierzy stoperem czasy opadania kulek midzy kocami zaznaczonej drogi. Wyznaczy redni
czas t opadania kulek danego rodzaju.
5. Czynnoci z p. 1. do p. 5. powtrzy dla kulek innego rodzaju.
6. Zmierzy wewntrzn rednic cylindra i wyznaczy promie R.
7. Wyznaczy wspczynnik lepkoci…
… ze wzoru (4) oraz wspczynnik 0 ze wzoru (5) dla badanych rodzajw kulek. Przyj gsto gliceryny rc = 1,23103 kg/m3 8. Obliczy niepewno u() dla badanych rodzajw kulek ze wzoru: Niepewno Dt mona oszacowa z rozrzutu pomiarw czasw opadania. Nawet gdy rozrzut jest
may, to niepewno systematyczna wynosi co najmniej 0,2s. Niepewno Ds wynika z dokadnoci
wyznaczenia kocw odcinka drogi s. Ze wzgldu na dokadno wagi…
... zobacz całą notatkę