OMÓWIENIE ZAGADNIEŃ TEORETYCZNYCH

1. Zdefiniuj współczynnik lepkości, podaj odpowiednie wzory i jednostki.

Współczynnik lepkości to wartość charakteryzująca właściwości cieczy lub gazów. Lepkość płynów jest odpowiedzialna za występowanie oporów ruchu. Tarcie obserwujemy na całej powierzchni. Lepkość zależy w dużym stopniu od temperatury i w cieczach wraz ze wzrostem temperatury następuje jej zmniejszanie.

Lepkość dynamiczna wyraża stosunek naprężeń ścinających do szybkości ścinania:

2. Co oznaczają pojęcia „przepływ laminarny” i „przepływ turbulentny”?

Przepływ laminarny- przepływ uwarstwiony (cieczy lub gazu), w którym kolejne warstwy płynu nie ulegają mieszaniu (w odróżnieniu od ruchu turbulentnego, burzliwego). Przepływ taki zachodzi przy małych prędkościach przepływu, gdy liczba Reynoldsa nie przekracza tzw. wartości krytycznej.

Przepływ turbulentny, przepływ burzliwy, przepływ niestacjonarny, przepływ płynu, w którym parametry przepływu (prędkość, ciśnienie, gęstość i in.) w poszczególnych punktach przepływu zmieniają się w sposób chaotyczny; występuje, gdy liczba Reynoldsa przekracza wartość krytyczną.

3. Co to jest liczba Reynoldsa?

Liczba Reynoldsa - jedna z liczb podobieństwa stosowanych w mechanice płynów. Liczba ta pozwala oszacować występujący podczas ruchu płynu stosunek sił czynnych (sił bezwładności) do sił biernych związanych z tarciem wewnętrznym w płynie przejawiającym się w postaci lepkości. Liczba Reynoldsa stosowana jest jako podstawowe kryterium stateczności ruchu płynów.

η lepkość dynamiczna płynu (Pa·s lub N·s/m² lub kg/m·s)

v- prędkość charakterystyczna płynu(m/s)

p- gęstość płynu (kg/m³)

d- średnica kulki (m)

4. Opisz metodę wyznaczania współczynnika lepkości.

Na kulkę opadającą w środowisku lepkim działają następujące siły:

- siła ciężkości kulki działająca pionowo w dół: P=m·g

- siła wyporu skierowana pionowo do góry:

- siła oporu środowiska F, która zgodnie z prawem Stokes’a równa jest:

gdzie:

m - masa opadającej kulki

V - objętość kulki

r - gęstość cieczy

g - przyspieszenie ziemskie

r - promień kulki

v - prędkość kulki opadającej ruchem jednostajnym

m - współczynnik lepkości cieczy zależny od rodzaju

cieczy i temperatury

W przypadku równoważenia się trzech wymienionych sił, tzn. przy zachodzeniu równości:

kulka opada ruchem jednostajnym ze stałą prędkością.

Na podstawie równania możemy obliczyć współczynnik lepkości:

Podstawiając
, gdzie h - droga przebyta ruchem jednostajnym w czasie t otrzymujemy:

5. Podaj prawo wyporu Archimedesa. Wyjaśnij, dlaczego niektóre ciała

pływają, a inne toną.

Na ciało zanurzone w płynie (cieczy, gazie lub plazmie) działa pionowa, skierowana ku górze siła wyporu. Wartość siły jest równa ciężarowi wypartego płynu. Siła ta jest wypadkową wszystkich sił parcia płynu na ciało.

F_wyporu = ρ_płynu ∙g ∙V_zanurzona

ρ_płynu - gęstość płynu (cieczy, gazu) w którym zanurzone jest ciało - [w układzie SI w kg/m3]

V_zanurzona - objętość tej części ciała, która jest zanurzona w płynie (w układzie SI w m3)

g - przyspieszenie ziemskie [w układzie SI w m/s2]

-gęstość ciała jest większa niż gęstość płynu (ρciała > ρpłynu), wtedy ciało będzie tonąć.

-gęstość ciała jest mniejsza niż gęstość płynu (ρciała < ρpłynu), wtedy ciało będzie wypływać na powierzchnię.

6. Jakie siły działają na kulkę podczas opadania w cieczy lepkiej? Zapisz

równanie ruchu kulki.

Jeśli kulka spada w cieczy pod wpływem grawitacji, to działają na nią trzy siły:
- F=mg siła ciężkości
- siła wyporu Archimedesa, gdzie:ρ - gęstość cieczy, V -objętość kulki,
-F₀=Kv siła oporu (siła Stokesa), gdzie
równanie ruchu:

7.Objaśnij, jakim ruchem porusza się kulka w początkowej fazie ruchu, a jakim po upływie kilku chwil.

Początkowej fazie ruchu kulka porusza się ruchem jednostajnie przyśpieszonym,

Po upływie kilku chwil pod wpływem działającej na nią siły oporu, przyspieszenie kulki zaczyna spadać i dąży do zera.

8. Jak można wyznaczyć gęstość cieczy, ciała stałego lub gazu?

Gęstość ciał stałych i ciekłych można wyznaczyć przez ważenie próbek o znanej objętości. Przy wyznaczaniu gęstości cieczy stosuje się również areometry. Areometry wypełnione cieczą o znanej gęstości mogą służyć do wyznaczania gęstości innych cieczy. Przy wyznaczaniu gęstości gazów stosuje się między innymi ważenie naczyń z gazem o różnym ciśnieniu gazu.

9. Jak zmienia się współczynnik lepkości wraz ze zmianą temperatury?

Dla gazów współczynnik lepkości wzrasta proporcjonalnie do temperatury natomiast dla cieczy zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury.

---