Контрольные вопросы

1. Сформулируйте цель работы.

2. Как определяются угловая скорость, угловое ускорение? Укажите направления этих величин.

3. Что называется моментом силы относительно точки, относительно неподвижной оси? Как он направлен? Чему равен модуль момента силы? Что называется плечом силы? Какова единица измерения момента силы?

4. Сформулируйте основной закон динамики вращательного движения. Сопоставьте уравнение со вторым законом Ньютона . Проведите аналогию величин, характеризующих вращательное и поступательное движения.

5. Что называется моментом инерции материальной точки, тела относительно некоторой оси?

6. Как осуществляется в работе проверка основного закона динамики вращательного движения?

7. Какая сила создает вращающий момент в данной установке? Как ее можно определить? Каким образом изменяют момент этой силы при выполнении работы?

8. От чего зависит момент инерции маятника Обербека? Как его можно изменить?

9. Сделайте выводы по работе.

Лабораторная работа 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ

ПО МЕТОДУ СТОКСА

Приборы и принадлежности: два стеклянных цилиндрических сосуда с жидкостями, измерительная линейка, шарики, секундомер, термометр, микрометр.

Цель работы: ознакомление с методом измерения коэффициента динамической вязкости жидкости.

5.1. Теоретическая часть

Всем реальным жидкостям присуще явление внутреннего трения или вязкости.

При относительном перемещении слоев жидкости между ее слоями возникают силы внутреннего трения (вязкости), действующие таким образом, чтобы уравнять скорости всех слоев. Возникновение этих сил объясняется тем, что слои, движущиеся с разными скоростями, обмениваются молекулами. Молекулы из более быстрого слоя передают более медленному некоторое количество движения, вследствие чего последний начинает двигаться быстрее. Молекулы из более медленного слоя получают в быстром слое некоторое количество движения, что приводит к его торможению.

Рассмотрим жидкость, движущуюся в направлении оси x (рис.5.1).

Пусть слои жидкости движутся с разными скоростями. На оси z возьмем две точки на расстоянии ∆z

Рис. 5.1

Скорости слоев отличаются в этих точках на величину ∆υ. Отношение ∆υ/∆z характеризует изменение скорости слоев на единицу длины в направлении, перпендикулярном к поверхности слоя, и называется градиентом скорости.

В случае установившегося (стационарного) течения модуль силы внутреннего трения F между двумя слоями, согласно формуле Ньютона, пропорциональна площади их соприкосновения ∆S и градиенту скорости ∆υ/∆z

. (5.1)

Величина η называется коэффициентом внутреннего трения или коэффициентом динамической вязкости.

Величина φ, обратная коэффициенту динамической вязкости η, называется текучестью.

Если в формуле (5.1) положить численно ∆υ/∆z = 1, ∆S = 1, то F =η, т.е. коэффициент динамической вязкости - это физическая величина, численно равная силе внутреннего трения F, возникающей между двумя слоями жидкости с площадью соприкосновения ∆S, равной единице, движущимися один относительно другого с градиентом скорости ∆υ/∆z, равным единице.

В СИ размерность [η] = кг·м^-1·с^-1  и единица измерения - Па·с (Паскаль ·секунда).

Коэффициент динамической вязкости зависит от природы жидкости и для данной жидкости с повышением температуры η уменьшается. Вязкость играет существенную роль при движении жидкостей. Слой жидкости, непосредственно прилегающей к твердой поверхности, в результате прилипания остается неподвижным относительно нее. Скорость остальных слоев возрастает по мере удаления от твердой поверхности. Наличие слоя жидкости между трущимися поверхностями твердых тел способствует уменьшению коэффициента трения.

Наряду с коэффициентом динамической вязкости η употребляется коэффициент кинематической вязкости ν = η / ρ, где ρ - плотность жидкости. В СИ [ ν ] = м²·с.