Основные теоретические сведения. Определение коэффициента вязкости жидкости

Определение коэффициента вязкости жидкости

Лабораторная работа № 9

Цель работы: ознакомиться с методом Стокса для определения вязкости жидкости.

Оборудование: стеклянный цилиндр с исследуемой жидкостью, комплект шариков, секундомер, микрометр, масштабная линейка.

Рис. 1. Распределение скоростей при ламинарном течении жидкости

Вязкость (внутреннее трение) – это свойство реальных жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой. При перемещении одних слоев реальной жидкости относительно других возникают силы внутреннего трения, направленные по касательной к поверхности слоев. Действие этих сил проявляется в том, что со стороны слоя, движущегося быстрее, на слой, движущийся медленнее, действует ускоряющая сила. Со стороны же слоя, движущегося медленнее, на слой, движущийся быстрее, действует тормозящая сила.

Как показал И. Ньютон, сила трения между двумя слоями жидкости площадью , отстоящими друг от друга на расстоянии и отличающимися по скорости течения на величину , может быть вычислена из соотношения:

,

где – коэффициент пропорциональности, зависящий от природы жидкости, называется динамической вязкостью (или просто вязкостью);

– модуль градиента скорости.

Градиент функции – это векторная величина, представляющая собой изменение значения функции на единицу длины в направлении ее наибольшего возрастания). Следовательно, градиент скорости направлен перпендикулярно скорости течения в сторону ее возрастания (рис. 1).

Физический смысл: коэффициент вязкости показывает, чему равна сила внутреннего трения, действующая на единицу площади поверхности соприкасающихся слоев при единичном градиенте скорости.

Единица измерения вязкости в СИ: (паскаль-секунда).

Существуют два различных вида течения вязких жидкостей – ламинарное и турбулентное. Течение жидкости, при котором ее соприкасающиеся слои движутся без перемешивания, называется ламинарным. При перемешивании слоев жидкости течение называется турбулентным (скорость частиц в каждой точке потока меняется как по величине, так и по направлению).

Английский ученый О. Рейнольдс установил, что характер течения зависит от безразмерной величины, называемой числом Рейнольдса:

,

где – кинематическая вязкость;

– плотность жидкости;

– средняя по сечению трубы скорость жидкости;

– характерный линейный размер, например, диаметр трубы.

При малых значениях числа Рейнольдса () наблюдается ламинарное течение, переход от ламинарного течения к турбулентному происходит в области , а при (для гладких труб) течение – турбулентное.

Вязкость является физико-химической константой жидкости только в условиях ламинарного течения.

Прибор для измерения вязкости называется вискозиметром.

Дата добавления: 2014-12-08