UNIWERSYTET ÅšL
SKI W KYTOWICYCH
I PRACOWNIA FIZYCZNA
Ć W I C Z E N I E NR 20
WYZNACZANIE WSPÓA
CZYNNIKA LEPKOÅšCI
CIECZY METOD
STOKESA
ZAGADNIENIA DO KOLOKWIUM WST
PNEGO
1. Lepkość czyli tarcie wewnętrzne w cieczach.
2. Prawo Stokesa.
3. Temperaturowa zależność współczynnika lepkości dla cieczy i gazów.
4. Prawo Archimedesa.
5. Prawa dynamiki Newtona.
6. Ciecz idealna, a ciecz rzeczywista  porównanie własności.
7. Ruch burzliwy, a ruch laminarny, przykłady.
8. Opływanie ciał przez ciecz idealną , a rzeczywistą.
9. Znajomość wyprowadzenia równania (20.3)
1
APARATURA
1. Wiskozymetr Stokesa
2. Waga laboratoryjna
3. Stoper
4. Suwmiarka lub śruba mikrometryczna.
5. Kulki pomiarowe (10 szt.)
6. A
yżeczka do wrzucania kulek
WZORY, SCHEMATY
Na kulkę opadającą w cieczy działają : siła grawitacji Q, siła wyporu Fw oraz siła oporu
spowodowana tarciem cieczy FSt (opisana Prawem Stokesa).
FSt = -6Ä„·rv
Fw = -VÁg
Q = mg
gdzie :
V - objętość kulki,
Á - gÄ™stość cieczy,
g - wartość przyspieszenia ziemskiego,
r - promień kulki,
m - masa kulki,
v - prędkość z jaką kulka porusza się w czasie swobodnego spadku w badanej cieczy,
· - współczynnik lepkoÅ›ci cieczy.
2
W początkowej fazie ruchu przeważa siła grawitacji i kulka niejednostajnie przyspiesza. Z
powodu wzrostu prędkości kulki rośnie siła oporu i przy pewnej, stałej już prędkości vk , siła
grawitacji Q zostaje zrównoważona przez sumę sił oporu FSt i wyporu Fw , czyli:
Q + FSt + Fw = 0 (20.1)
Stąd wynika, że:
(m - V ×Á)× g
· =
(20.2)
6Ä„rvk
W przypadku gdy badana ciecz znajduje się w rurze o skończonym promieniu R należy
uwzględnić efekt oddziaływania ścianek rury i skorzystać ze wzoru:
(m - V ×Á)× g
· =
(20.3)
r
öÅ‚
6Ä„rvk ×ëÅ‚1+ 2,4
ìÅ‚ ÷Å‚
R
íÅ‚ Å‚Å‚
WYKONANIE ĆWICZENIA
1. Zważyć, wagą elektroniczną w pokoju laborantów, wszystkie10 kulek ( pomiar powtórzyć
min. 5-ciokrotnie) i określić średnią masę m pojedynczej kulki.
2. Suwmiarką lub śrubą mikrometryczną zmierzyć wielokrotnie średnicę każdej z 10 kulek i
określić na tej podstawie średnią wartość promienia r.
3. Przed wrzuceniem każdej kolejnej kulki dopełnić zawartość gliceryny w rurze tak, aby jej
poziom znajdował się powyżej czerwonej linii.
4. Wrzucać łyżeczką pojedynczo każdą kulkę (poprzez lejek) do rury wiskozymetru i
stoperem mierzyć czas t jej swobodnego spadku przy zadanej drodze S w rurze.
UWAGA!
W przedziale drogi pomiędzy czerwoną linią a pierwszą czarną linią kulka przyśpiesza i
osiąga stałą prędkość vk, wobec tego drogę S ustalamy od pierwszej czarnej linii.
3
5. Kolejną kulkę wrzucamy po wyjęciu kulki poprzedniej. Wyjmujemy ją przekręcając zawór,
znajdujący się na dole rury, od jednej skrajnej pozycji do drugiej. Kulka wypłynie z częścią
gliceryny i zatrzyma siÄ™ na sitkach.
6. Po wrzuceniu serii 10-ciu kulek na drodze S, powtórzyć czynności z pkt (3-6) dla innych
wartości drogi S, dbając o zachowanie poziomu gliceryny powyżej czerwonej linii.
7. Zapisać temperaturę panującą w pomieszczeniu.
OBLICZENIA
1. Wyznaczyć niepewność pomiarową masy kulek  "m i ich promienia  "r.
2. Dla danej drogi S obliczyć prędkość poruszania się każdej kulki w rurze wg wzoru:
vk= S/t
i wyznaczyć jej średnią wartość. Wyznaczyć niepewność pomiarową - "vk
3. Porównać wartości vk otrzymane dla różnych dróg S .
4. Odczytać z tablic gęstość gliceryny dla zapisanej temperatury pomieszczenia.
5. W oparciu o wzory (20.2) i (20.3) obliczyć współczynnik lepkoÅ›ci cieczy · dla każdej drogi
S. Wyznaczyć niepewność pomiarowÄ… "·.
6. Otrzymane wyniki porównać z danymi literaturowymi.
7. W przypadku wystąpienia różnic przeanalizować przyczyny ich powstania.
LITERATURA
1. H. Szydłowski "Pracownia fizyczna"
2. Sz. Szczeniowski "Fizyka doświadczalna t.II.
3. T. Dryński  Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki
4. A. Zawadzki, H. Hofmokl  Laboratorium fizyczne
1
4