3. Описание лабораторной установки
Для определения
коэффициента внутреннего трения по
методу Стокса в данной работе используется
цилиндрический сосуд (рис. 2), наполненный
исследуемой жидкостью. Сосуд имеет две
горизонтальные метки
и
,
расположенные на расстоянии
друг от друга. Исследуемой жидкостью
является смесь воды с глицерином, а
движущимся телом – маленький шарик
(дробинка).
Диаметр шарика измеряется с помощью сдвоенного микроскопа МБС -1 (рис. 3). Время прохождения шариком расстояния между метками и , где шарик движется равномерно, определяется с помощью секундомера.
|
|
Рис. 2. Лабораторная установка |
Рис. 3. Микроскоп МБС -1 |
4. Методика эксперимента
Если твёрдое тело опустить в смачивающую жидкость, то на его поверхности образуется тонкий прилипший слой жидкости, который перемещается вместе с телом.
При малых значениях сопротивление среды движению тела возникает, главным образом, благодаря вязкости жидкости и пропорционально первой степени скорости.
Стокс вычислил теоретически значение силы сопротивления для случая движения сферического тела (шарика) в безграничной среде при малых значениях и получил:
,
(1)
где
– радиус шарика;
– скорость шарика.
Кроме силы
сопротивления
на шарик, падающий вертикально вниз в
жидкости (см. рис. 2), действует сила
тяжести
(2)
и выталкивающая сила, равная весу жидкости в объёме шарика (сила Архимеда)
,
(3)
где
и
– плотность
шарика и жидкости соответственно;
– ускорение свободного падения.
Движение падающего в вязкой среде (жидкости) шарика лишь в первое время будет ускоренным.
Возрастание скорости шарика приводит к увеличению силы сопротивления до тех пор, пока она не примет значения, удовлетворяющего условию
(4)
и движение шарика
можно будет считать равномерным.
Выражение (4) в проекциях на направление
(см. рис. 2) и с учётом формул (1) – (3) будет
иметь вид:
.
Откуда
,
(5)
где
– диаметр шарика.
Для определения
коэффициента внутреннего трения
необходимо измерить с помощью микроскопа
диаметр
шарика и скорость его равномерного
движения при известных значениях
,
и
.
5. Порядок выполнения работы
1) Измерьте диаметр шарика с помощью микроскопа. Для этого:
– пинцетом перенесите шарик на предметное стекло 1 (см. рис. 3), расположив его вблизи перекрестия;
– сфокусируйте микроскоп на предметное стекло, опуская или поднимая объектив винтом 2 до появления резкого изображения шарика;
– расположите шарик так, как показано на рис. 4, и измерьте диаметр шарика в делениях шкалы (на рис. 4 изображён шарик, диаметр которого равен 10 делениям шкалы).
2) Пинцетом перенесите шарик с предметного столика микроскопа в цилиндр с жидкостью и осторожно погрузите его по оси цилиндра.
3) Расположите глаз таким образом, чтобы метка слилась в одну линию. В момент прохождения шариком метки включите секундомер.
Рис. 4. Пример измерения диаметра шарика |
4) Выключите
секундомер в момент прохождения шариком
метки
.
По секундомеру определите время
движения шарика между метками
и
.
5) Измерения повторите 5 раз с разными шариками.
6) Линейкой измерьте расстояние между метками и .
7) Результаты измерений запишите в таблицу 1.
8) Заполните таблицу 2, взяв необходимые данные из таблицы, находящейся на лабораторном столе.