Лабораторная работа № 106. Определение коэффициента трения среды методом падающего шарика

Петербургский государственный  университет путей сообщения.

Кафедра физики.

Лабораторная работа №106.

Определение коэффициента трения

среды методом падающего шарика.

                                                                        Выполнил студент

                                                                             Группы АТК-404

                                                                                 Пунда А.М.

Санкт-Петербург 2004г.

Краткая теория

   Данная лабораторная работа посвящена определению вязкости жидкости путем изучения движения тел в ней.

   Лобовое сопротивление движению тела в жидкости или газе вы­звано: I) внутренним трением; 2) разницей давлений перед телом и позади него.

   I. При перемещении объекта в вязкой среде к нему прилипает ближайший слой жидкости или газа, который и увлекается вместе в телом. Следующий слой тоже приходит в движение, но о несколько меньшей скоростью и т.д.

  Если два соприкасающих­ся слоя среды движутся с разными скоростями, то между ними возникает сила, которая ускоряет более мед­ленный слой и замедляет бо­лее быстрый; при этом про­исходит перенос количества движения (импульса) из более быстрого слоя в медлен­ный. Это явление называется внутренним трением или вязкостью.

  2. В пограничном слое (слое жидкости, движущемся вместе с телом) невозможно идеальное обтекание. Позади тела поток отрывается от его поверхности, образуются вихри. Давление в вих­ревой области пониженное, что приводит к возникновению дополни­тельной встречной силы - сопротивления давления, которое зави­сит от формы тела. Итак, лобовое сопротивление движению тела в жидкости или газе складывается из внутреннего трения и сопротивления давле­ния, причем соотношение этих слагаемых определяется  значением числа Рейяольдса     

где   ,  - плотность и вязкость жидкости; - скорость и характерный размер тела, для шара t  равно радиусу.

При малых Re (Re < 100) преобладает трение, и силой давления пренебрегают, при больших Re - наоборот; однако и » том и в другом случае лобовое сопротивление - функция скоро­сти, свойств среды, соотношения характерных размеров сосуда и тела.

Основные формулы

Схема установки

Схема прибора для определению вязкости

      

А – стеклянная трубка с испытуемой жидкостью (касторовое масло); В – стеклянный цилиндр, наполненный водой для предохранения масла от температурных колебаний (водяная рубашка); Б – воронка, через которую шарик опускается в трубку с маслом; Т – термометр для определения температуры воды в рубашке, равной при тепловом равновесии температуре масла.