Главная страница
Навигация по странице:

  • Ц ель работы

  • Исследуемые закономерности.

  • Вывод: при выполнении лабораторной работы мы изучили движение в диссипативной среде и рассчитали коэффициент внутреннего трения среды.

  • Лаба №2Исследование движения тел в диссипативной среде. Исследования движения тел в диссипативной среде Приборы и принадлежности


    Скачать 456.5 Kb.
    НазваниеИсследования движения тел в диссипативной среде Приборы и принадлежности
    АнкорЛаба №2Исследование движения тел в диссипативной среде.doc
    Дата15.05.2017
    Размер456.5 Kb.
    Формат файлаdoc
    Имя файлаЛаба №2Исследование движения тел в диссипативной среде.doc
    ТипДокументы
    #7629
    КатегорияФизика

    Исследования движения тел в диссипативной среде
    Приборы и принадлежности: сосуд с исследуемой жидкостью, шарики большой плотности, чем плотность жидкости, секундомер, масштабная линейка.

    Ц
    ель работы:
    изучение движения тела в однородном силовом поле при наличии сопротивления среды и определение коэффициента трения (вязкости) среды.
    Исследуемые закономерности.

    На достаточно маленький твердый шарик, падающий в вязкой жидкости, действуют три силы:

    1). Сила тяжести

    (1)

    Где R - радиус шарика; - плотность шарика;

    2). Выталкивающая сила ( сила Архимеда )

    (2)

    где - плотность жидкости;

    3). Сила сопротивления среды ( сила Строкса )

    (3)

    Где - вязкость жидкости; - скорость падения шарика.

    Формула (3) применима к твердому шарику, окруженному однородной жидкостью, при условии, что скорость шарика невелика и расстояние до границ жидкости значительно больше, чем диаметр шарика.

    Результирующая сила


    (4)

    В нашем случае, при , пока скорость невелика, шарик будет падать с ускорением. По достижении определенной скорости , при которой результирующая сила обращается в нуль, движение шарика становится равномерным. Скорость равномерного движения можно определить из условия:

    (5)

    Время, за которое тело могло бы достичь стационарной скорости , двигаясь с начальным ускорением *, называют временем переходного процесса (или временем релаксации ) (смотри рисунок).
    Временная зависимость на всех этапах движения описывается выражением

    (6)

    Определив установившуюся скорость равномерного падения шарика, можно из соотношения (5) найти коэффициент вязкости жидкости

    (7)

    или

    (8)

    Где D - диаметр шарика; - его масса.

    Коэффициент численно равен силе трения между соседними слоями при единичной площади соприкосновения слоёв и единичном градиенте скорости в направлении, перпендикулярном слоям. Единицей вязкости служит .

    В установившемся режиме движения сила трения и сила тяжести ( с учётом силы Архимеда ) равны друг другу и работа силы тяжести переходит целиком в теплоту. Диссипация энергии за 1 с ( мощность потерь ) находят как , таким образом

    (9)

    Методика эксперимента

    Телом, движение которого наблюдают, служит шарик (D<5мм), а средой - вязкие жидкости. Жидкость наполняет цилиндрический сосуд с двумя поперечными метками на разных уровнях. Измеряя время падения шарика на пути от одной метки до другой, находят его среднюю скорость. Найденное значение можно отождествить с установившейся , если расстояние от верхней метки до уровня жидкости превышает путь релаксации (смотри рисунок). Масса шарика определяется взвешиванием на аналитических весах.

    Обработка результатов







    1

    2

    3

    4

    5



    кг

    113*

    114*

    112*

    120*

    117*

    0,5*

    м

    0,2

    0,2

    0,2

    0,2

    0,2

    0,5*

    с

    5,86

    5,87

    5,55

    5,37

    5,45

    0,5*


    Вычислим скорость прохождения шарика между слоями в сосуде , :

    1.



    2.



    3.



    4.



    5.


    Определим вязкость среды (через диаметр), зная, что кг/м3, а кг/м3

    ,

    1.

    2.

    3.

    4.

    5.

    Вычисляем вязкость среды по формуле, :

    1.

    2.

    3.

    4.

    5.
    Определим время релаксации:

    , где , ,



    м/

    1.

    2.

    3.

    4.

    5.
    Расчет мощности потерь:

    [P]=[Вт]

    1.

    2.

    3.

    4.

    5.

    Полученные значения вязкости жидкости образуют выборку в порядке возрастания




    данные

    1,068

    1,086

    1,11

    1,14

    1,15


    Проверим выборку на наличие грубых погрешностей.

    Предположим, что промахи исключены.

    R (размах выборки)=׀׀=1.15-1.068=0,082

    Для N=5 и Р=95% существует

    U=׀׀/R

    U=׀1.14-1.11׀/0.082=0.036

    U=׀1.15-1.14׀/0.082=0.012

    Следовательно, промахов в выборке нет.

    Рассчитаем среднее выборочное значение:



    = 1,1108

    Вычислить выборочное среднее квадратическое отклонение

    0,11



    Вычисляем случайную погрешность:



    Приборная погрешность:





    Окончательный результат:



    Вывод: при выполнении лабораторной работы мы изучили движение в диссипативной среде и рассчитали коэффициент внутреннего трения среды.



    написать администратору сайта