Ćw nr 4. Lepkość, Instrukcja wykonawcza


wiczenie 4 „LEPKO”

Temat: Ruch ciaa w cieczy lepkiej.

Cel: Wyznaczenie wspóczynnika lepkoci gliceryny.

Przyrzdy: Cylinder pomiarowy, waga analityczna, mikromierz, stoper, przymiar milimetrowy.

Literatura: H. Szydowski, PRACOWNIA FIZYCZNA, rozdz. II, § 9.2 I

T. Dryski, WICZENIA LABORATORYJNE Z FIZYKI,

I.   Metoda pomiaru

W czasie powolnego ruchu przemieszczaj si we wntrzu cieczy jej warstwy. Pomidzy warstwami

zachodzi zjawisko wewntrznego tarcia. Tarcie to nazywa si lepkoci. Ciao zanurzone w cieczy jest

na ogó przez t ciecz zwilane. Oznacza to, e powierzchnia ciaa pokrywa si cienk warstw cieczy.

Poruszajce si w cieczy ciao unosi ze sob t warstw i na skutek tarcia wewntrznego doznaje w ten

sposób pewnej siy oporu. W wiczeniu badamy swobodne opadanie kulki w glicerynie. Zakadamy,

e kulka porusza si, nie pozostawiajc za sob adnych wirów. Jeeli kulka jest maa i opada ruchem

jednostajnym z ma prdkoci to zaoenie to jest spenione. Wokó kulki ciecz przemieszcza si

warstwami. Jest to tzw. przepyw ustalony (laminarny). Stokes wykaza, e na kulk dziaa wtedy

sia oporu cieczy, zwrócona przeciwnie do kierunku ruchu i równa:

Fr = 6p·h·r·v (1)

gdzie: r - promie kulki, v - prdko kulki, ç - wspóczynnik lepkoci cieczy

Wzór (1) otrzymano, zakadajc ponadto, e odlego kulki od cian zbiornika z ciecz jest dua.

Jeeli tak nie jest to blisko cian zbiornika wpywa na ruch kulki. W przypadku, gdy kulka opada

wzdu osi cylindra o wewntrznym promieniu R, to wyraenie na si Fr przybiera posta:

0x01 graphic
(2)

Na kulk dziaaj ponadto: sia cikoci Q i sia wyporu cieczy Fw. Ilustruje to rysunek.

Fr

Fw

ciana cylindra

r

R

Q

Rys. 1. Siy dziaajce na opadajc pionowo kulk

Ruch kulki jest jednostajny od chwili gdy wypadkowa si staje si równa zeru, czyli:

Fr + Fw - Q = 0 (3)

Ciar kulki wyraamy poprzez jej mas m, zatem: Q = m·g. Masa równa jest m = rc·V, przy czym

rc oznacza gsto kulki, a V = (4/3)p·r3 - jej objto. Zgodnie z prawem Archimedesa,

sia wyporu równa jest ciarowi wypartej cieczy, czyli: Fw = mc·g. Masa cieczy wynosi mc = rc·V,

gdzie rc oznacza gsto cieczy, a V - jej objto, równ objtoci kulki. Prdko kulki obliczamy ze

wzoru v = s/t, mierzc przebyt drog s i czas jej ruchu t. Po podstawieniu powyszych wyrae do

równania (3) otrzymujemy wzór na wspóczynnik lepkoci:

0x01 graphic
(4)

W przypadku gdy r << R wpyw cian cylindra jest pomijalny a wzór (4) przyjmuje posta:

0x01 graphic
(5)

Omówiona powyej metoda wyznaczania lepkoci moe by stosowana dla cieczy o duej lepkoci.

Jeeli lepko nie jest dua, wtedy czasy opadania kulek s mae, a zatem obarczone wzgldnie du

niepewnoci pomiarow. Wyznaczony w ten sposób wspóczynnik lepkoci jest bardzo niedokadny.

Czasy opadania kulek mona wyduy stosujc wysokie cylindry, co jest jednak niewygodne.

II. Wykonanie i opracowanie wiczenia

UWAGA! Przebieg wykonania wiczenia okrela osoba prowadzca. Nie wolno uruchamia wagi

analitycznej bez zgody osoby prowadzcej!

1. Zway razem kulki jednego rodzaju przy pomocy wagi analitycznej. Wyznaczy redni mas

kulki tego rodzaju. Przed waeniem kulki starannie oczyci np. papierowym rcznikiem.

2. Zmierzy mikromierzem rednice kulek z p. 1. Obliczy redni promie r tych kulek.

3. Zaznaczy na cianie cylindra z ciecz odcinek drogi s, na której bdzie mierzony czas ruchu kulek.

Zmierzy przymiarem ten odcinek. Droga powinna zaczyna si co najmniej 5cm poniej lustra

cieczy i by moliwie najdusza.

4. Chwyta szczypcami kad kulk i puszcza znad lustra cieczy tak, aby opadaa blisko osi cylindra.

Zmierzy stoperem czasy opadania kulek midzy kocami zaznaczonej drogi. Wyznaczy redni

czas t opadania kulek danego rodzaju.

5. Czynnoci z p. 1. do p. 5. powtórzy dla kulek innego rodzaju.

6. Zmierzy wewntrzn rednic cylindra i wyznaczy promie R.

7. Wyznaczy wspóczynnik lepkoci ç ze wzoru (4) oraz wspóczynnik ç0 ze wzoru (5) dla badanych

rodzajów kulek. Przyj gsto gliceryny rc = 1,23·103 kg/m3

8. Obliczy niepewno u(ç) dla badanych rodzajów kulek ze wzoru:

0x01 graphic
0x01 graphic

Niepewno Dt mona oszacowa z rozrzutu pomiarów czasów opadania. Nawet gdy rozrzut jest

may, to niepewno systematyczna wynosi co najmniej 0,2s. Niepewno Ds wynika z dokadnoci

wyznaczenia koców odcinka drogi s. Ze wzgldu na dokadno wagi analitycznej i mikromierza

niepewnoci wyznaczenia masy kulki i jej promienia mona pomin.

III. Wnioski

1. Przedstawi w poprawnej formie wyniki pomiaru wspóczynnika lepkoci.

2. Porówna wartoci ç dla rónych rodzajów kulek. Jeeli przedziay ç -2 u(ç), ç +2u(ç) dla

rónych kulek maj cz wspóln to wyniki dla tych kulek s zgodne.

3. Porówna wartoci ç i ç 0 dla kadego rodzaju kulek z osobna. Czy rónica ç - ç 0 jest bardzo maa

w porównaniu z niepewnoci u(ç) ? Dla których kulek wpyw cian cylindra jest istotny?

IV. Pytania kontrolne

1. Co nazywamy lepkoci pynu?

2. Jakie siy dziaaj na ciao poruszajce si w lepkiej cieczy?

3. Sformuowa prawo Archimedesa.

4. Co to jest przepyw laminarny? W jakich warunkach zachodzi?

5. Od czego zaley sia oporu gdy ciao porusza si w cieczy nie powodujc w niej wirów?

6. Omówi metod wyznaczania wspóczynnika lepkoci cieczy stosowan w wiczeniu.

Do oblicze wygodniej jest stosowa wzory (4') i (5'), w których promienie wyraono przez rednice:

0x01 graphic
(4') 0x01 graphic
(5')

gdzie d = 2r, D =2R



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Ćw nr 1. Sprężyna, Instrukcja wykonawcza
Ćw nr 3. Gęstość, Instrukcja wykonawcza
Ćw nr 6, dudnienie, II Wykonanie ćwiczenia
INSTRUKCJE, Ćw nr 12. Bilans cieplny, Instrukcja wykonawcza
Instrukcja wykonania ćw HP2
Biofizyka instrukcja do cw nr 23
Biofizyka instrukcja do cw nr 0 Nieznany (2)
Biofizyka instrukcja do cw nr 09
Biofizyka instrukcja do cw nr 03
Biofizyka instrukcja do cw nr 11
Ćw nr 4, cw36, POMIAR LEPKOŚCI CIECZY 36
INSTRUKCJE, Ćw nr 5. I-U, Ćwiczenie 7
Biofizyka instrukcja do cw nr 18
Biofizyka instrukcja do cw nr 07
Biofizyka instrukcja do cw nr 18
Biofizyka instrukcja do cw nr 21
Instrukcja do cw nr 4 Metalurgia proszkow
Ćw nr 6, dudnienie print, II Wykonanie ćwiczenia
Biofizyka instrukcja do cw nr 03

więcej podobnych podstron