Теоретичні відомості. Визначення коефіцієнта в’язкості рідини методом Стокса.

Визначення коефіцієнта в’язкості рідини методом Стокса.

Завдання: ознайомитись з особливостями в’язкого тертя, експериментально визначити коефіцієнт в’язкості рідини методом Стокса.

Прилади та матеріали: 1) прилад Стокса; 2) маленькі кульки; 3) мікрометр; 4) масштабна лінійка; 5) секундомір.

Теоретичні відомості.

В’язкістю називається властивість рідини або газу чинити опір при відносному переміщенні їхніх шарів.

У потоках рідини поблизу змочуваних твердих тіл різні шари рідини мають неоднакову швидкість. Швидкість шару, який безпосередньо торкається твердого тіла, дорівнює нулю; в міру віддалення від поверхні твердого тіла швидкість шарів рідини збільшується. Інакше кажучи, в таких потоках спостерігається відносний рух одних шарів рідини відносно інших (в напрямі перпендикулярному до потоку існує градієнт швидкості, тобто зміна швидкості по мірі збільшення відстані від твердого тіла).

рис 1

Розглянемо рідину, яка рухається вздовж осі ОХ (рис 1). Нехай шари рідини рухаються з різними швидкостями. На осі OZ візьмемо дві краплини, які знаходяться на відстані , швидкості цих краплин відрізняються на . Відношення приросту швидкості до зміни координати називається градієнтом швидкості (зміна швидкості з координатою) і позначається:

З точки зору математики, градієнт модуля швидкості – це похідна від модуля швидкості взята по координаті.

Коефіцієнт в’язкості рідини («ета») при ламінарній течії (рис 2) (течії без завихрень рідини), як і коефіцієнт в’язкості газів, визначається за законом Ньютона:

де, F – сила в’язкості; - площа поверхні внутрішнього шару, по якій розподіляється сила в’язкого тертя; - зміна швидкості з віддаленням від тіла (градієнт швидкості).

ламінарна течія	турбулентна течія
рис 2

Одиниця коефіцієнту в’язкості (динамічної в’язкості) [ ]= 1 Н с/м²=1 Па с.

Коефіцієнт динамічної в’язкості – це фізична величина, яка чисельно дорівнює силі внутрішнього тертя F, що виникає на кожній одиниці площі дотику двох шарів S, які рухаються один відносно іншого з градієнтом швидкості , який дорівнює одиниці.

Коефіцієнт в’язкості рідини залежить від природи рідини і для досліджуваної в даній роботі рідини з підвищенням температури зменшується.

В’язкість рідини зумовлена рухливістю окремих молекул або атомів. Для газів внутрішнє тертя є результатом перенесення імпульсу хаотичним рухом молекул. Щодо рідин поняття імпульсу навіть при наближеному розгляді втрачає сенс, бо він дуже змінюється у зв’язку з коливанням молекул рідини відносно рівноважних положень.