1. Расчеты

1. Рассчитать H = L₁ − L₂ и h= l₁ − l₂ .

2. Найти значения ln h .

3. По полученным данным построить график ln h = f (τ).

4. Найти значение ln h₀ , соответствующее τ = 0 (рис. 3), и определить h₀ .

5. Рассчитать показатель адиабаты по формуле (5).

2. Защита работы

(ответы представить в письменном виде)

1. Какой процесс называется адиабатическим (адиабатным)?

2. Запишите уравнение, описывающее адиабатный процесс (уравнение Пуассо-на). Приведите схематичный график этого процесса.

3. Рассчитайте теоретическое значение показателя адиабаты воздуха и сравните его со значением, найденным экспериментально. Сделайте вывод.

89

Описания лабораторных работ

Молекулярная физика

ПРОТОКОЛ

измерений к лабораторной работе №15

Выполнил(а)_____________________

Группа__________________

№,

τ,

L1,

L2,

H,

l1,

l2,

h,

ln h

п/п

с

см

см

см

см

см

см

1

5

2

10

3

15

4

20

5

25

6

30

ln h0

= _____________

Дата________ Подпись преподавателя___________________

90

Молекулярная физика Описания лабораторных работ

Лабораторная работа № 17

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ МЕТОДОМ ПАДАЮЩЕГО ШАРИКА

Цель работы: определить коэффициент вязкости жидкости.

Приборы и принадлежности: цилиндр с исследуемой жидкостью, секун-домер, аналитические весы и разновесы, микрометр, шарики.

Описание экспериментальной установки

Прибор для определения коэффициента вязкости представляет собой стеклянный цилиндр, заполненный исследуемой жидкостью. На поверхности цилиндра имеются две метки, расположенные на расстоянии S друг от друга.

Общие положения

Всем реальным жидкостям в большей или меньшей степени присуща вяз-кость или внутреннее трение. Внутреннее трение (вязкость ) – взаимодействие между слоями жидкости, движущимися с различными скоростями. Явле-ние сопровождается переносом импульса направленного движения из бо-лее быстрых слоев в более медленные. В результате этого переноса между соприкасающимися слоями возникают силы внутреннего трения, тормозя-щие движение быстрого слоя и ускоряющие движение медленного.

Рассмотрим падение тела (шарика) внутри покоящейся жидкости. При соприкосновении тела с жидкостью к его поверхности прилипают молекулы жидкости, образуя мономолекулярный слой . Этот слой жидкости движется вместе с телом со скоростью движения тела и увлекает соседние частицы, кото-рые в свою очередь увлекают более удаленные частицы.

Частицы жидкости более удаленные от тела, движутся медленнее, чем более близкие к нему. В этих условиях между частицами, движущимися с раз-личными скоростями, действуют силы трения. Они тормозят движение тела, являясь силами сопротивления, и направлены в сторону, противоположную пе-ремещению тела.

Сила сопротивления среды , действующая на шарик, падающий в покоя-щейся жидкости, рассчитывается по формуле Стокса:

F = 3πηv d

(1)

где d − диаметр шарика;

5. − скорость шарика;

• − коэффициент внутреннего трения (коэффициент вязкости жидкости или просто вязкость). В СИ коэффициент вязкости измеряется в Па⋅с (чита-ется: паскаль-секунда). Коэффициент вязкости жидкостей зависит от тем-пературы: с повышением температуры он сильно уменьшается.

91

Описания лабораторных работ Молекулярная физика

Кроме силы сопротивления, на шарик, находящийся в жидкости, дейст-вуют сила тяжести mg и выталкивающая сила (сила Архимеда) F_A (рис. 1).

Сила сопротивления возрастает по мере увеличения скорости шарика. Ко-гда сумма сил станет равной нулю, шарик будет дальше двигаться равномерно.

Обозначим скорость равномерного движения через v₀ . Запишем второй закон Ньютона:

mg − FA − F = 0 .

(2)

Заменим массу шарика через плотность ρ и объем V:

F

m = ρV

(3)

FA

S

.

Выталкивающая сила определяется законом Ар-

химеда:

mg

FA = ρ1gV ,

(4)

где ρ1 − плотность жидкости,

Рисунок 1

g − ускорение свободного падения.

Подставим соотношения (1), (3) и (4) в уравне-

ние (2) и, заменив скорость на v0 , получим:

πd 3

ρVg − ρ1gV − 3πηv0d = 0 ,

(5)

где

V =

− объем шарика.

6

Подставим значение объема шарика в уравнение (5) и найдем коэффици-

ент вязкости η:

1

gd 2 ρ − ρ1 .

η =

(6)

18

v0

Скорость v0

можно определить по измерениям времени t, за которое ша-

рик проходит путь S. Тогда:

η =

1

gd 2t ρ − ρ1 .

(7)

18

S

Подготовка к работе

(ответы представить в письменном виде)

1. В чем состоит цель работы?

2. Какие физические величины измеряются непосредственно (прямые измере-ния)?

3. По какой формуле Вы будете рассчитывать коэффициент вязкости жидко-сти? Поясните смысл обозначений, входящих в формулу.

92

Молекулярная физика Описания лабораторных работ

Выполнение работы

1. Взвесить все шарики вместе на аналитических весах.

2. Измерить диаметр каждого шарика 3 раза по различным направлениям.

3. Измерить расстояние S между метками.

4. Измерить время падения каждого шарика между метками. Для этого, фикси-руя глазом верхнюю метку, бросить шарик в цилиндр (ближе к центру) и включить секундомер в момент прохождения шарика через метку. Затем, фиксируя глаз на нижней метке, в момент прохождения шарика через нее выключить секундомер.

5. Измерить ареометром плотность ρ₁ жидкости.

6. Измерить температуру воздуха в лаборатории.

Оформление отчета