Теоретичні відомості. Прилади: прилад для спостереження крутильних коливань, освітлювач, посудина з рідиною, термометр, секундомір

ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ВНУТРІШНЬОГО ТЕРТЯ РІДИНИ ЗА МЕТОДОМ ЗАГАСАННЯ КОЛИВАНЬ

Лабораторна робота № 13

Прилади: прилад для спостереження крутильних коливань, освітлювач, посудина з рідиною, термометр, секундомір, пікнометр.

В’язкістю (внутрішнім тертям) називається властивість рідини чинити опір при переміщенні однієї частини рідини відносно іншої. Ця властивість рідин характеризується коефіцієнтом в’язкості h.

Виникнення опору при переміщенні шарів рідини пояснюється тим, що молекули в сусідніх шарах мають різні швидкості. Перехід з одного шару в іншій за рахунок теплового руху приводить до того, що молекули, які мають меншу швидкість і, відповідно, меншу кількість руху, зменшують швидкість прилягаючого шару.

Основний закон в’язкого руху надається наступним рівнянням:

,

де - сила опору, - площа контакту, - градієнт швидкості.

Експериментальне визначення коефіцієнта в’язкості може бути засноване на тому, що у випадку сил, що залежать від швидкості руху, амплітуда коливань зменшується з часом за експоненціальним законом. Рівняння загасаючого гармонійного коливального руху має вигляд:

,

де - коефіцієнт загасання.

З приведеного виразу випливає, що відношення амплітуд, відділених одна від іншої інтервалом в один період , залишається постійним протягом усього процесу:

Як міру загасання беруть величину натурального логарифма цього відношення, що називають логарифмічним декрементом загасання l:

Помістимо в рідину масивний диск крутильного маятника. Внаслідок молекулярних сил взаємодії прилеглий шар рідини прилипне до поверхні маятника і буде мати нульову відносну швидкість. У відповідності з цим закон загасання коливань буде визначатися тільки в'язкістю рідини.

Опис приладу

Прилад для спостереження крутильних коливань у рідинах складається з металевого диска R (рис. 1), посудини з рідиною, дзеркальної системи

Рис. 1

відліку. Диск підвішений у горизонтальному положенні на тонкому вертикальному дроті, прикріпленому до крутильної голівки N приладу, яку можна повертати навколо осі дроту і цим збуджувати коливання диска. Спостереження коливань проводиться за методом дзеркала (дзеркало Μ закріплено на дроті) та шкали.

Рис. 1

Таким чином, задача зводиться до визначення логарифмічних декрементів загасання коливань у рідині, у повітрі та періоду коливань диска.

Ці величини зв'язані з коефіцієнтом внутрішнього тертя h наступним співвідношенням, що досить складно виводиться теоретично:

. (1)

У цій формулі l - логарифмічний декремент загасання; період коливань у даній рідині; l₀ - логарифмічний декремент загасання в повітрі; r- густина рідини та А – деяка стала приладу, що залежить від радіуса диска та його моменту інерції. Вони знаходяться з досліду в такий спосіб: знаходять l₀ для повітря та l в для води, h в для води визначається з таблиці, та за формулою знаходять сталу приладу:

. (2)

Порядок виконання роботи

1. Встановити прилад так, щоб зайчик був на нулі шкали. Це досягається пересуванням шкали чи поворотом освітлювача.

2. Повернути голівку N (див.рис.1) приладу так, щоб при коливанні диска зайчик зміщався на 15-20 поділок від нуля шкали. Записувати парне число амплітуд у стовпчик. Визначити l₀.

Для обчислення λ парне число отриманих значень амплітуд розбити на дві половини від А₁ до А_m та від A_m+1 до A_2m і визначити , користаючись формулою:

, (3)

де A₁ , A₂ , …, A_2m - послідовні амплітуди.

Отримані дані занести в таблицю. Досліди повторити три рази.

3. Занурити диск у воду цілком і вимірити секундоміром час 10 періодів. Знайти період. Визначити λ_вза формулою (3) три рази. Підставити та у формулу (2), визначити А.

Повторити те ж для досліджуваної рідини (мильна вода).

4. Знайти коефіцієнт внутрішнього тертя досліджуваної рідини:

.

5. Вимірити температуру води Т_в (К) та рідини Т_р (К). Величини h _в води, r _в води та r _р рідини знайти для даної температури з довідкової таблиці.

6.Результати вимірів занести в таблицю:

Дата добавления: 2015-06-04