LABORATORIUM FIZYKI OGÓLNEJ

SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA NR 8

TEMAT : Wyznaczanie współczynnika lepkości cieczy

metodą Stokesa.

1. OPIS TEORETYCZNY.

Lepkością lub tarciem wewnętrznym nazywamy zjawisko występowania sił stycznych przeciwstawiających się przemieszczeniu jednych części ciała względem innych jego części. Wskutek tarcia występującego między cząsteczkami cieczy lub gazu, poruszająca się cząstka pociąga za sobą cząsteczki sąsiadujące z nią z prędkością tym bardziej zbliżoną do prędkości własnej, im ciecz lub gaz są bardziej lepkie. Analogicznie cząsteczka spoczywająca hamuje poruszające się cząsteczki sąsiednie. Ze względu na to, że wszystkie rzeczywiste ciecze i gazy są lepkie zjawisko lepkości odgrywa istotną rolę podczas przepływu cieczy oraz podczas ruchu ciała stałego w ośrodku ciekłym.

Ciało stałe, poruszające się w ośrodku ciekłym, napotyka na opór. W otoczeniu ciała obserwujemy wtedy ruch cieczy. Mechanizm tego zjawiska jest następujący : warstwa cieczy, przylegająca do powierzchni poruszającego się ciała, wprawia w ruch pozostałe warstwy cieczy. Tak więc istotną rolę odgrywa tu lepkość cieczy. Dla ciał o symetrii osiowej poruszającego się w kierunku osi, wypadkowa siła oporu działa przeciwstawnie do kierunku ruchu. Doświadczalnie stwierdza się, że dla małych prędkości siła tarcia wewnętrznego R jest wprost proporcjonalna do prędkości v. Poza tym zależy ona od charakterystycznego wymiaru liniowego ciała l oraz od współczynnika lepkości cieczy η.

Równanie określające siłę oporu (tarcia wewnętrznego ma postać:

R= - K l η v

gdzie K jest to stała zależna od kształtu ciała. Dla kuli o promieniu r (l = r) mamy K= 6π i równanie przechodzi w tzw. prawo Stokesa:

R = - 6π r η v

2. PRZEBIEG ĆWICZENIA.

1. Wyznaczanie współczynnika lepkości cieczy metodą Stokesa.

2. Wyznaczanie współczynnika lepkości cieczy metodą Stokesa wykorzystując wiskozymetr Hopplera.

3. WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA LEPKOŚCI CIECZY METODĄ STOKESA.

1. Ważenie kulek.

	m	Δm
	g	g
Kulka A	0,6498	0,0001
Kulka B	1,3506	0,0001

2. Pomiar średnicy kulek.

Kulka A		Kulka B
da	Δda	db	Δdb
mm	mm	mm	mm
7,48	0,01	11,53	0,01
7,50	0,01	11,56	0,01
7,50	0,01	11,56	0,01
7,49	0,01	11,56	0,01
7,49	0,01	11,55	0,01
7,50	0,01	11,55	0,01
7,51	0,01	11,56	0,01
7,49	0,01	11,55	0,01
7,49	0,01	11,56	0,01
7,49	0,01	11,55	0,01
7,50	0,01	11.56	0,01

Promień kulki A : ra= (3,75±0,01) mm

Promień kulki B : rb= (5,78 ± 0,01) mm

3. Pomiar odległości pomiędzy pierścieniami.

h = (32,5 ± 0,1) cm

4. Pomiar czasu opadania kulek.

Kulka A		Kulka B
ta	Δta	tb	Δtb
s	s	s	s
3,0	0,2	13,0	0,2
4,0	0,2	12,2	0,2
3,1	0,2	13,1	0,2
3,1	0,2	13,0	0,2
3,2	0,2	12,1	0,2
3,0	0,2	13,0	0,2
3,0	0,2	12,2	0,2
3,1	0,2	12,1	0,2
3,0	0,2	12,0	0,2
3,0	0,2	12,0	0,2
3,2	0,2	12,5	0,2

5. Wyznaczenie gęstości cieczy.

ρc= 1,24 g / ml

6. Wyznaczenie współczynnika lepkości.

Kulka A				Kulka B
ρka	ρka	a	a	ρkb	ρkb	b	b
g/ml	g/ml			g/ml	g/ml
2,94	0,02	0,051	0,005	1,67	0,01	0,060	0,003

ηsr= 0,0555±0,004

4. WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA LEPKOŚCI CIECZY METODĄ STOKESA WYKORZYSTUJĄC WISKOZYMETR HOPPLERA.

1. Pomiar czasu t1opadania kulki szklanej w cieczy wiskozymetru oraz czasu t2 po odwróceniu wiskozymetru o 180°.

t1=(210,0±0,2)s

t2=(205,0±0,2)s

tsr=(207,5±0,2)s

2. Wyznaczenie lepkości cieczy.

K = 0,7941 10 -3

ρk=(2,41±0,01) g/cm3

ρc=(1,235±0,005)g/cm3

η = K (ρk -ρc)t = 0,7941 (2,41-1,235)207,5=193,6

5. ZESTAW PRZYRZĄDÓW.

1. Naczynie z badaną cieczą.

2. Areometr.

3. Zestaw kulek.

4. Waga analityczna.

5. Śruba mikrometryczna.

6. Linijka z podziałką milimetrową.

7. Stoper.

8. Wiskozymetr Hopplera.

6. UWAGI I WNIOSKI.

W pierwszej części ćwiczenia wyznaczono dwukrotnie współczynnik lepkości cieczy przy użyciu dwóch kulek. Wyniki uzyskane w obu pomiarach pokrywają się. Przy obliczaniu średniego czasu opadania kulki A pominięto jeden pomiar, który znacznie odbiegał od pozostałych.

W drugiej części ćwiczenia wyznaczono współczynnik lepkości cieczy przy użyciu wiskozymetru Hopplera.

Błędy w obydwu częściach ćwiczenia obliczono metodą różniczki logarytmicznej.

---