1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze zjawiskiem lepkości i jej pomiarami.

2. Zakres wymaganych wiadomości.

Lepkość płynu - zdolność do stawiania oporu przy wzajemnym przesuwaniu się cząstek względem siebie. Zjawisko to generuje siły styczne.

Mechanizm powstawania lepkości. Cząsteczki cieczy pozostają w nieustannym, bezładnym ruchu, podczas którego zachodzi przenoszenie pędu między sąsiednimi warstewkami cieczy poruszającymi się różnymi prędkościami. Zjawisko to powoduje pojawienie się naprężeń stycznych, stanowiących istotę tarcia wewnętrznego.

Oznaczając przez dh odległość dwu sąsiednich elementów o powierzchni dF, z których jeden porusza się z prędkością u, a drugi z prędkością u= du, określimy wartość siły stycznej dT przeciwdziałającej postaciowemu odkształceniu elementarnego prostopadłościanu

Naprężenie styczne :

gdzie : η- współczynnik proporcjonalności, lepkość dynamiczna płynu.

Hipoteza Newtona - siła oporu jest wprost proporcjonalna do gradientu prędkości do powierzchni dF.

Jednostki lepkości:

Wymiar współczynnika lepkości dynamicznej w układzie LMT :

[η]=L^-1MT^-1

a w układzie LFT:

[η]=L^-2FT

W układzie CGS jednostką współczynnika lepkości jest

1 puaz = 1 P = 1 g cm^-1 sek^-1

Współczynnik lepkości dynamicznej równa się 1 puaz, gdy do wzajemnego przesunięcia dwu warstewek cieczy o powierzchni 1 cm², odległych od siebie o 1 cm i poruszających się z prędkością względna 1 cm/sek, potrzeba siły równej jednej dynie.

W praktyce wartości liczbowe współczynnika η wyrażamy najczęściej w centypuazach.

1 centypuaz = 1 cP = 0,01 puaz

W układzie technicznym jednostek miar współczynnik lepkości dynamicznej wyrażamy w kp m^-2 sek.

Zależność między cP a jednostkami układu M Kp S (metr, kilopond, sekunda)

1 kp m^-2sek = 9810 cP

3. Schemat stanowiska.

4. Opis przebiegu doświadczenia.

Włączamy urządzenie. Ustawiamy odpowiednią temperaturę na termometrze z grzałką, która podgrzewa wodę, która z kolei przepływa przez dwie rurki do naczynia. Naczynie to składa się z dwóch tulei: z zewnętrznej, w której znajduje się woda i z wewnętrznej, która znajduje się w zewnętrznej, i w której jest olej i metalowa kulka.

Odwracamy naczynie o 180° aby kulka opadła, w tym czasie podgrzewa się woda i znów obracamy naczynie o 180° i mierzymy czas opadania kulki między zaznaczonymi granicami. Zmierzony czas notujemy. Następnie znów zwiększamy temperaturę, by podgrzać wodę, obracamy naczynie, czekamy aż kulka opadnie, po czym z powrotem obracamy naczynie i mierzymy czas opadania kulki. Notujemy. Czynności powtarzamy kilka razy. Po wykonaniu ćwiczenia urządzenie wyłączamy.

5. Tabela pomiarowa.

Lp.	Temperatura	Czas	Lepkość dynamiczna
		T [ K ]	t [ s ]	η [cP ]	η [ N/m^2s ]
1.	298	254	238,83	0,23883
2.	301	203	190,88	0,19088
3.	305,5	174	163,61	0,16361
4.	309,5	144	135,40	0,1354
5.	312,5	121	113,78	0,11378
6.	314,5	113	106,25	0,10625
7.	319,5	94	88,39	0,08839

6. Przykładowe obliczenia.

η = t ( ρ₁ - ρ₂ ) K

η [cP] - lepkość dynamiczna

t [s] - czas opadania kulki

ρ₁ [g/cm³] - gęstość kulki

ρ₂ [g/cm³] - gęstość oleju

K [cP • cm³ / g • s] - stała dla wiskozymetru Hopplera

Dane:

ρ₁ = 8,10 g/cm³

ρ₂ = 0,867 g/cm³

K = 0,13 cP • cm³ / g • s

t - dane umieszczone w tabeli, np.

t = 254

η = 254 • ( 8,10 - 0,867 ) • 0,13

η = 238,83 cP

η = 0,23883 N / m²s

t = 144

η = 144 • ( 8,10 - 0,867 ) • 0,13

η = 135,40 cP

η = 0,1354 N / m²s

Jednostka:

7. Wykresy.

8. Wnioski i obserwacje.

W naszym ćwiczeniu miarą lepkości jest prędkość opadania kulki o znanych wymiarach i gęstości, w badanym ośrodku pod wpływem stałej siły zewnętrznej - siły ciężkości.

Po wykonaniu ćwiczenia i opracowaniu sprawozdania zaobserwowaliśmy, że lepkość dynamiczna maleje wraz ze wzrostem temperatury. Za każdym razem gdy zwiększaliśmy temperaturę grzałki ( która nagrzewała wodę ), metalowa kulka opadała coraz szybciej.

---