EAiE |
1. Gerard Kaduczek 2. Krzysztof Korbel |
ROK I |
GRUPA III |
ZESPÓŁ XI |
|||
Pracownia fizyczna |
Temat: Współczynnik lepkości. |
Nr ćwiczenia: 13 |
|||||
Data wykonania: 28.02.97 |
Data oddania: 7.03.97
|
Zwrot do popr. |
Data oddania: |
Data zaliczenia:[Author ID256: at Thu Nov 30 22:18:00 1899 ]
|
OCENA: |
||
I. Cel ćwiczenia:
Zapoznanie się z własnościami cieczy lepkiej, wyznaczenie współczynnika lepkości metodą spadania kulki (metodą Stokes'a).
II. Opracowanie teoretyczne:
Lepkość (tarcie wewnętrzne) ujawnia się w cieczach i gazach podczas przepływu w całej objętości. Zjawisko lepkości wykazują prawie wszystkie ciecze i gazy. Lepkość zależy od temperatury, tzn. dla cieczy zmniejsza się ze wzrostem temperatury, dla gazów rośnie ze wzrostem temperatury.
Siła potrzebna do podtrzymania ruchu dwóch płytek względem siebie równoległych jest wprost proporcjonalna do powierzchni i prędkości, oraz odwrotnie do odległości między nimi i wynosi:
gdzie:
h - współczynnik lepkości [Pa . s].
Możemy przewidywać, czy ruch płynu względem jakiegoś stykającego się z nim ciała będzie miał charakter laminarny, czy turbulentny za pomocą liczby Reynolds'a:
***************************[Author ID0: at Thu Nov 30 00:00:00 1899 ]
Siły działające na kulkę:
ciężkości: F = m . g
wyporu Archimedesa: Fw = g . r . V V - objętość kulkiZakładając bardzo małą wartość liczby Reynolds'a (Re<<1), siłę oporu ruchu działającą ze strony cieczy na poruszającą się w niej kulkę wyraża wzór Stokes'a (dla ograniczonej objętości):
*************************************[Author ID1: at Thu Feb 27 03:34:00 1997 ]
Prędkość graniczną opadającej kulki określa sie wzorem:
Po odpowiednim podstawieniu i przekształceniu danego wzoru wyliczamy h:
vgr jest const po określonym czasie i wynosi: vgr = l/t
III. Przebieg ćwiczenia:
Wykonanie pomiarów wstępnych:
Pomiar masy poszczególnych kulek,
Pomiar średnicy kulek,
Pomiar wewnętrznej średnicy
cylindra, odległości l,
Pdczyt temperatury otoczenia.
Doświadczenie Stokes'a:
Wrzucić kulkę do cylindra i mierzyć czas przebycia drogi l,
Czynność powtórzyć dla wszystkich zważonych kulek.
IV. Tabele pomiarowe i obliczeniowe.
Tabela 1
LP |
MASA [mg] |
ŚREDNICA [mm] |
t1 [s] |
t2 [s] |
t3 [s] |
OBJĘTOŚĆ [mm3] |
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. |
265,5 267 268 268 267,5 267,5 267 266 267 266 |
4,5 4,45 4,35 4,4 4,4 4,41 4,42 4,52 4,38 4,51 |
10,85 10,82 10,78 10,68 10,72 10,56 10,46 10,50 10,60 10,59 |
10,71 10,72 10,75 10,65 10,72 10,63 10,56 10,72 10,53 10,50 |
10,87 10,72 10,75 10,68 10,63 10,57 10,50 10,57 10,50 10,47 |
47,713 46,140 43,099 44,602 44,603 44,907 45,213 48,352 43,997 48,032 |
Tabela 2
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
vgr1 |
0,0737 |
0,0739 |
0,0742 |
0,0749 |
0,0746 |
0,0757 |
0,0765 |
0,0762 |
0,0755 |
0,0755 |
vgr2 |
0,0746 |
0,0746 |
0,0744 |
0,0751 |
0,0746 |
0,0752 |
0,0757 |
0,0746 |
0,0760 |
0,0762 |
vgr3 |
0,0736 |
0,0746 |
0,0744 |
0,0749 |
0,0752 |
0,0757 |
0,0762 |
0,0757 |
0,0762 |
0,0764 |
vgrśr |
0,0740 |
0,0744 |
0,0743 |
0,0750 |
0,0748 |
0,0755 |
0,0761 |
0,0755 |
0,0759 |
0,0760 |
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Długość mierzonej drogi: (0,800 0,001)
Średnica szklanej rury: (0,03300 0,00002) m
Temperatura otoczenia podczas wykonywania pomiarów: (24 1) oC
Dokładność pomiaru stoperem: 0,2 s
Błąd śruby mikrometrycznej: 0,01 mm.
V. Obliczenie błędów pomiaru.
Błędy wielkości mierzonych bezpośrednio.
Przyczyną powstania największego błędu jest niedokładność pomiaru czasu opadania kulki. Wynika to z małej czułości mierzącego.
Na błąd mało wpływają niedokładność pomiaru: średnicy kulki, średnica rurki szklanej, masy kulki.
Kilkakrotny pomiar średnicy kulki dawał ten sam wynik.
Wnioski.
Brak przewidywanych wyników pomiarów (tzn. cięższa kulka - większa prędkość) wynika z tego, że kulki mają różne gęstości. Podczas niektórych pomiarów do kulki przyklejał się pęcherzyk powietrza powodując zmniejszenie prędkości
Do pomiaru należy używać kulek o małej gęstości, gdyż to pozwala na zwiększenie czasu spadania kulki (zmniejszenie prędkości opadania), co znacznie zwiększa dokładność pomiaru.
3
S - powierzchnia[Author ID256: at Fri Dec 1 01:14:00 1899 ]
v - prędkość[Author ID1: at Thu Feb 27 03:40:00 1997 ] cieczy[Author ID1: at Thu Feb 27 03:40:00 1997 ]
d - odległość między[Author ID1: at Thu Feb 27 03:41:00 1997 ][Author ID256: at Fri Dec 1 01:14:00 1899 ]
płytkami[Author ID1: at Thu Feb 27 03:42:00 1997 ] [Author ID1: at Thu Feb 27 03:41:00 1997 ] [Author ID1: at Thu Feb 27 03:42:00 1997 ]
S . v
F = h
d
v [Author ID1: at Thu Feb 27 03:31:00 1997 ]. [Author ID1: at Thu Feb 27 03:31:00 1997 ]l [Author ID1: at Thu Feb 27 03:31:00 1997 ].[Author ID1: at Thu Feb 27 03:31:00 1997 ] [Author ID1: at Thu Feb 27 03:31:00 1997 ]r[Author ID256: at Fri Dec 1 08:02:00 1899 ]
R[Author ID1: at Thu Feb 27 03:29:00 1997 ]e[Author ID1: at Thu Feb 27 03:31:00 1997 ] = [Author ID256: at Fri Dec 1 08:02:00 1899 ]
r - gestość cieczy
l - wymiar liniowy
(prostopadły do v)
v - prędkość ciała
Fs = K . v = 6 . p . h . r . (1 + 2,4 . r/R) . v
vgr - prędkość graniczna
kulki
F - Fw
Vgr =
K
(m - r . V) . g
h =
6 . p . r . vgr . (1+2,4 . r/R)
l
V
2R
Rys. 1. Pomiar współczynnika lepkości metodą Stokes'a.