Загрузить PDF
Загрузить PDF
Вязкость можно определить как меру сопротивления жидкости течению, которое называют также внутренним трением жидкости. Возьмем, к примеру, воду и мед. Вода течет относительно легко, в то время как мед намного менее текуч. Поскольку мед менее подвержен течению, он обладает большей вязкостью, чем вода. Существует множество способов измерить вязкость, и в наиболее простом испольуется падение шарика в прозрачной емкости с жидкостью, вязкость которой нужно определить.
Шаги
-
Узнайте, что такое вязкость. Вязкость определяет сопротивление жидкости течению. [1] X Источник информации Жидкости с высокой вязкостью, например мед, текут очень медленно. В то же время жидкости с низкой вязкостью, такие как вода, перетекают быстро. Вязкость измеряется в паскалях на секунду (Па·с). [2] X Источник информации
-
Запишите уравнение вязкости. В описанном ниже эксперименте для определения вязкости измеряется скорость прохождения шарика через жидкость. Формула для определения вязкости записывается как [2(p ш -p ж )ga 2 ]/9v , где p ш — плотность шарика, p ж — плотность жидкости, g — ускорение свободного падения, a — радиус шарика, v — скорость шарика. [3] X Источник информации
-
Рассмотрим входящие в формулу величины. Плотность предмета определяется как масса на единицу объема и обозначается буквой p . В нашей формуле необходимо определить плотность шарика p ш и плотность жидкости p ж , через которую он проходит. Чтобы определить радиус шарика a , можно измерить длину его окружности и поделить ее на 2π. Вызванное силой тяжестью ускорение свободного падения g является константой, которая зависит от планеты. Для Земли ускорение свободного падения составляет 9,8 м/с 2 . [4] X Источник информации Скорость шарика v , которая измеряется в ходе эксперимента, представляет собой пройденное расстояние в метрах, поделенное на количество секунд (м/с).Реклама
-
Подготовьте все, что вам понадобится для проведения эксперимента. Чтобы определить вязкость жидкости, вам потребуются шарик, градуированная мензурка, линейка, секундомер, исследуемая жидкость, весы и калькулятор. [5] X Источник информации Данный эксперимент состоит из нескольких шагов, и если выполнить все правильно, то можно определить вязкость жидкости.
- Для эксперимента подойдет небольшой мраморный или стальной шарик. Его диаметр не должен превышать диаметра мензурки, чтобы он мог свободно падать в ней.
- Можно взять достаточно большую пластиковую мензурку с делениями на боковой поверхности, которые позволяют определить объем.
- Вместо секундомера можно использовать обычные часы, однако в этом случае вы получите менее точные результаты.
- Жидкость должна быть достаточно прозрачной, чтобы вы видели, как в ней опускается шарик. Попробуйте использовать различные жидкости с разной скоростью течения, чтобы посмотреть, как различается их вязкость. Например, можно взять воду, мед, сироп, растительное масло и молоко.
-
Рассчитайте плотность шарика. Чтобы определить вязкость, необходимо знать плотность как материала шарика, так и жидкости. Плотность d вычисляется по формуле , где m — масса предмета, а V — его объем.
- Положите шарик на весы и измерьте его массу. Запишите полученную величину в граммах (g).
- Найдите объем шара V с помощью формулы V= (4/3) x π x r 3 , где π — константа, равная 3,14, а r — радиус шара. Радиус шара можно найти следующим образом: измерьте длину его окружности, а затем поделите ее на 2π.
- Можно также найти объем шара по количеству воды, которую он вытесняет из мензурки. Запишите первоначальную высоту уровня воды, затем опустите шарик в воду и отметьте новый уровень воды. Вычтите из нового первоначальный уровень. В результате вы получите объем шарика в миллилитрах (мл).
- Вычислите плотность по формуле . В результате у вас получится плотность в граммах на миллилитры (г/мл).
-
Определите плотность исследуемой жидкости. Сделайте это с помощью той же формулы.
- Сначала измерьте массу пустой мензурки. Затем налейте в мензурку жидкость и взвесьте ее еще раз. Вычтите из массы мензурки с жидкостью массу пустой мензурки — в результате у вас получится масса жидкости в граммах (г).
- Чтобы найти объем жидкости, просто определите высоту ее уровня в мензурке с помощью делений на ее боковой поверхности. Запишите полученный результат в миллилитрах (мл).
- Подставьте результаты в формулу , и у вас получится плотность жидкости в граммах на миллилитры (г/мл).
-
Залейте в мензурку жидкость и сделайте на ней метки. Заполните мензурку исследуемой жидкостью и поставьте на боковой поверхности метки. Медленно залейте в мензурку жидкость, так чтобы заполнить ее примерно на ½–¾.
- Нарисуйте метку в верхней части мензурки примерно на 2,5 сантиметра ниже уровня жидкости.
- Поставьте вторую метку примерно на 2,5 сантиметра выше дна мензурки.
- Измерьте расстояние между верхней и нижней меткой. Приложите к нижней метке начало линейки и измерьте расстояние до верхней метки.
-
Измерьте время, за которое шарик преодолевает расстояние между метками. Опустите шарик в жидкость и запустите секундомер, когда нижний край шарика сравняется с верхней меткой. Остановите секундомер, когда шарик достигнет нижней метки.
- Данные измерения сложнее проводить на жидкостях с низкой вязкостью, поскольку в них шарик падает быстрее и засечь точное время бывает непросто.
- Повторите данный шаг по меньшей мере три раза (чем больше измерений вы сделаете, тем точнее получится результат) и определите по трем величинам среднее значение . Чтобы найти среднее значение, сложите все полученные результаты и поделите их на число измерений.
- Для данного метода лучше всего использовать достаточно маленький шарик — в этом случае поток жидкости вокруг шарика будет действительно вязким и далеким от турбулентного. Кроме того, шарик должен быть достаточно мал по сравнению с мензуркой, чтобы во время падения расстояние между ним и ее стенками составляло хотя бы 10 радиусов шарика.
-
Вычислите скорость шарика. Скорость соответствует расстоянию, поделенному на время, затраченное для того, чтобы преодолеть это расстояние. Скорость v выражается формулой , где d — пройденное расстояние, t — затраченное время.
- Подставьте измеренные значения в формулу и определите скорость шарика.
-
Вычислите вязкость жидкости. Подставьте найденные величины в формулу вязкость = [2(p ш -p ж )ga 2 ]/9v , где p ш — плотность шарика, p ж — плотность жидкости, g — ускорение свободного падения (постоянная величина, равная 9,8 м/с 2 ), a — радиус шарика, v — скорость шарика. [6] X Источник информации
- Предположим, плотность жидкости составляет 1,4 г/мл, плотность шарика равна 5 г/мл, его радиус равен 0,002 м, а скорость шарика составляет 0,05 м/с.
- Подставим эти значения в формулу и получим: вязкость = [2(5 – 1,4)(9,8)(0,002)^2]/(9 x 0,05) = 0,00062784 Па·с.
Реклама
Советы
- Записывайте все значения в таблицу, чтобы не запутаться в результатах измерений.
- Все измерения следует выполнять в метрической системе.
- Не забудьте в конечном результате указать единицы измерения.
Реклама
Предупреждения
- Для данного метода плотность шарика должна превышать плотность жидкости.
- Не наливайте в мензурку слишком много жидкости, чтобы ее верхний уровень не подходил слишком близко к краю мензурки. Если вы не оставите достаточно места, при опускании шарика в мензурку из нее может выплеснуться часть жидкости, что исказит результаты измерений.
- Вылейте из мензурки предыдущую жидкость и полностью высушите ее, прежде чем проводить измерения на новой жидкости.
- Перед началом экспериментов проверьте, чтобы в мензурке не было остатков воды или другой жидкости. Посторонняя жидкость отрицательно повлияет на точность полученных результатов.
Реклама
Что вам понадобится
- Небольшой твердый шарик или другой сферический предмет, который тонет в исследуемой жидкости
- Исследуемая жидкость
- Мерная мензурка с диаметром бо́льшим, чем у шарика
- Калькулятор
- Секундомер
- Измерительная рулетка или линейка
- Маркер
- Весы
Источники
- ↑ http://physics.info/viscosity/
- ↑ http://www.engineeringtoolbox.com/dynamic-absolute-kinematic-viscosity-d_412.html
- ↑ http://www.spacegrant.hawaii.edu/class_acts/Viscosity.html
- ↑ http://www.physicsclassroom.com/class/1DKin/Lesson-5/Acceleration-of-Gravity
- ↑ https://www.teachengineering.org/view_activity.php?url=collection/cub_/activities/cub_surg/cub_surg_lesson03_activity1.xml
- ↑ http://www.spacegrant.hawaii.edu/class_acts/Viscosity.html
Реклама
