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粘度衡量的是液体对流动所表现的阻力。这种阻力也被称为液体的内部摩擦力。比如水和糖浆,水的流动相对自由,而糖浆的流动性则较差。由于糖浆对流动的阻力更强,所以它的粘度比水大。虽然可以用来测定粘度的方法有很多种,但最简单的可能是用透明容器盛装待测液体,再把一个球扔进去。

部分 1
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理解粘度

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  1. 粘度衡量的是液体对流动所表现的阻力。 [1] 粘度大的液体流速非常慢,比如蜂蜜。而粘度小的液体则流得很快,比如水。粘度的单位是帕斯卡•秒(Pa s)。 [2]
  2. 这个实验会测量一个球体以及它通过液体的速度来计算粘度。粘度的公式是 [2(p s -p l )ga 2 ]/9v ,其中 p s 是球体的密度,p l 是液体的密度, g 是重力加速度, a 是球体半径,而 v 是球体的速度。 [3]
  3. 密度是物体单位体积的质量,用 p 表示。在本公式中,你得测量球体的密度 p s ,以及它穿过的液体的密度 p l 。球体的半径 a 可以用球面周长除以2π得出。重力加速度 g 是一个常量,取决于你所在星球的质量和半径。本题中,我们在地球上,所以 g 等于9.8m/s 2 [4] 球体的速度 v 是在实验过程中计算出来的,它是物体单位时间内运动的距离,单位是米每秒(m/s)。
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部分 2
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测量粘度

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  1. 要计算液体的粘度,你得有一个球体、一个量筒、一把尺、一个秒表、待测液体、一个天平和一个计算器。 [5] 这个实验的步骤很多,但只要按部就班地做,就能计算出任何液体的粘度。
    • 实验用到的球可以小一点,大理石球或钢球都可以。确保它的直径不超过量筒直径的一半,这样把它扔进量筒时会比较方便。
    • 量筒是一个塑料容器,侧面有刻度标记,可以测量体积。
    • 你可以用手表代替秒表,但是用秒表测量会更加精确。
    • 液体必须足够透明,让你可以看到大理石球穿过液体的过程。尽量测试不同流速的多种液体,看看它们的粘度有何区别。水、蜂蜜、玉米糖浆、食用油和牛奶等,都是你可以尝试的常见液体。
  2. 计算粘度需要知道球体密度和液体密度。密度的公式是d=m/v,其中 d 是密度, m 是物体的质量,而 v 是物体的体积。
    • 把球体放在天平的一侧,测量它的质量。记下测得的数值,单位为克(g)。
    • 用体积公式V= (4/3) x π x r 3 确定 球体的体积 ,其中 V 是体积,π是常数3.14,而 r 是球体的半径。你可以测量球体正中的周长,用它除以2π来 算出半径
    • 你还可以用量杯测量球体挤占的水的体积,得到球体体积。记录初始水位,把球放进水里,记录新的水位。用新水位减去初始水位,得到的数值就是球体的体积,单位是毫升(mL)。
    • 用公式d=m/v计算密度。密度的单位是g/mL。
  3. 同样使用上述密度公式,计算出待测液体的密度。
    • 测量液体的密度时,先称出空量筒的质量。把液体倒进量筒中,再次称量质量。用装有液体的量筒质量减去空量筒的质量,就得到了液体的质量,单位是克(g)。
    • 要得到液体的体积,直接把液体倒入量筒,再用量筒侧面的刻度标记读出读数即可。记下体积数值,它的单位是毫升(mL)。
    • 用公式d=m/v和你测量得到的数值,计算液体的密度,单位是g/mL。
  4. 首先,把待测液体倒入量筒。然后,在量筒顶部和底部各标记一个位置。慢慢地把实验液体倒进量筒里,液位高度应该介于量筒高度的一半到四分之三之间。
    • 在量筒上比液位低大约2.5厘米的地方,画一个标记。
    • 在量筒上距离底部大约2.5厘米的地方,画第二个标记。
    • 测量两个标记之间的距离。把尺的零点对准底部标记,记录它到顶部标记的距离。
  5. 把球丢到液体里,当球的底部到达量筒的顶部标记时,用秒表开始计时。当球到达你在量筒底部画的标记时,停止计时。
    • 使用这种方法时,粘度较小的液体测量起来会比较困难,因为启停秒表的时间难以准确把握。
    • 重复这一步骤至少三次,计算三次的 平均值 。测量的次数越多,结果越准确。计算平均值时,把各次测量的结果相加,然后除以试验次数。
    • 当球足够小,球体运动真的受到周围液体流动的粘滞,并且没有受到湍流的影响时,这种方法测得的结果最为准确。球还必须比容器小很多,这样落下时,球和侧壁之间的距离至少等于10倍的球体半径。
  6. 速度测量的是一定时间段内,物体运动的距离。速度公式是v=d/t,其中 v 是速度, d 是运动的距离,而 t 是时间。
    • 把你测量的数值代入公式v=d/t中,算出球体的速度。
  7. 把已知信息代入到粘度公式中: 粘度 = [2(p s -p l )ga 2 ]/9v ,其中 p s 是球体的密度,p l 是液体的密度, g 是重力加速度(固定等于9.8 m/s 2 ), a 是球体半径,而 v 是球体速度。 [6]
    • 比如,假设液体的密度是1.4 g/mL,球体密度是5 g/mL,球体的半径是0.002 m,而球体的速度是0.05 m/s。
    • 代入到公式中:粘度 = [2(5 – 1.4)(9.8)(0.002)^2]/(9 x 0.05) = 0.00062784 Pa s
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小提示

  • 画一个数据表可能有助于你记录测量值,否则你可能会弄混。
  • 所有测量值都应该使用公制单位。
  • 不要忘了在计算结果后面加上单位。
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警告

  • 球的密度必须大于液体密度,这个方法才有用。
  • 往量杯里倒液体时,注意不要倒太满。如果你没有预留足够的空间,球体导致的液位上升可能使液体溢出,从而影响你的计算。
  • 开始时,确保量筒中没有任何水或其他液体。混入其他液体可能导致测量结果出现误差。
  • 用完之后,把球体清洗干净,等它彻底干燥后,再把它放进量筒里,做下一次测量。
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你需要准备

  • 不会漂浮在待测液体表面的固体小球或球形物体
  • 待测液体
  • 横截面比球体大很多的量筒。
  • 计算器
  • 秒表
  • 米尺或其他米制直尺
  • 油性笔
  • 天平

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