Читать онлайн «Молекулярная физика. Часть 2. Явления переноса: Практикум для вузов»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА: ЧАСТЬ 2. ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА Практикум для вузов Составители: В. И. Кукуев, В. В. Чернышев, И. А. Попова Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета 2009 Утверждено научно-методическим советом физического факультета 22 января 2009 г. , протокол № 1 Рецензент зав. кафедрой физики п/п и м/э, д-р физ. -мат. наук, проф. Е. Н. Бормонтов Практикум подготовлен на кафедре общей физики физического факультета Воронежского государственного университета. Рекомендуется для студентов физического факультета 1 курса д/о и 2 курса в/о. Для специальностей: 010701 – Физика, 010803 – Микроэлектроника и полу- проводниковые приборы, 010801 – Радиофизика и электроника  ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА МЛ-2/1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ ЖИДКОСТИ МЕТОДОМ СТОКСА Цель работы – измерение коэффициента внутреннего трения глицерина. ВВЕДЕНИЕ Внутреннее трение, или вязкость, – это свойство, благодаря которому происходит выравнивание скоростей различных слоев жидкости или газа. При ламинарном течении сила внутреннего трения дается формулой Ньютона: dV F = hS , (1) dx где S – площадь соприкосновения двух соседних слоев; dV – градиент скорости вдоль оси ох, перпендикулярной направле- dx нию движения жидкости; η – множитель пропорциональности, зависящий :от вида жидкости и ее температуры и называемый коэффициентом внутреннего трения (или ко- эффициентом вязкости). Вязкость жидкостей резко уменьшается при повы- шении температуры. Метод Стокса основан на явлении падения маленького шарика в вяз- кой жидкости. Слой жидкости, граничащий с поверхностью шарика, прили- пает к нему и движется со скоростью шарика. Следующие слои также при- ходят в движение, но скорости их уменьшаются по мере удаления от шари- ка. Таким образом, при вычислении силы сопротивления, действующей на шарик, нужно рассматривать не трение шарика о жидкость, а трение слоев жидкости друг о друга. Стокс показал, что если при движении шарика в без- граничной жидкости течение слоев ламинарно, то эта сила может быть най- дена по формуле f = 6πηrV , (2) где r – радиус шарика; V – его скорость. Кроме силы сопротивления f, на шарик действует сила тяжести mg и сила Архимеда Q. Движение будет ускоренным лишь вначале. С возраста- нием скорости растет сила f, с некоторого момента наступает равновесие сил. Уравнение равновесия имеет вид: 4 3 4 pr r ш g - pr 3 r ж g - 6phrV = 0 , (3) 3 3 где ρш и ρж – плотности шарика и жидкости соответственно. 3  Отсюда 2 gr 2 h= (rш - r ж ) . (4) 9 V Скорость равномерного движения можно найти следующим образом: V = l/t, где l – длина некоторого отрезка, на котором движение равномерно, t – время движения.