Лабораторный практикум

Лабораторная работа № 4.
Определение коэффициента внутреннего трения
жидкости методом течения через капилляр

Цель работы: изучение течения вязкой жидкости и методов определения коэффициента внутреннего трения жидкости.

Литература:§§ 31-33, 48.

Приборы и материалы:стеклянный сосуд с исследуемой жидкостью и капиллярной трубкой, масштабная линейка, секундомер, мерный стакан.

В этой лабораторной работе вы определите коэффициент внутреннего трения воды методом протекания через капилляр.

Французский ученый Пуазейль показал, что объем жидкости V, протекающий за время t через трубку радиуса r и длиной l под действием разности давлений ΔР на ее концах может быть выражен законом, носящим его имя, закон Пуазейля: Из этой формулы можно получить выражение для коэффициента внутреннего трения жидкости:

(1.1)

Все величины, входящие в формулу (1.1), легко определить. Установка для определения коэффициента внутреннего трения состоит из стеклянного сосуда А, к которому при помощи резиновой трубки присоединена капиллярная трубка ВС. Подставка Д служит для подъема и опускания трубки ВС. Исследуемая жидкость стекает в сосуд Е. Сосуд А стоит на столике F. В начальный момент времени вытекание жидкости через трубку происходит под давлением столба жидкости, высота которого равняется разности высоты уровня жидкости в сосуде А и высоты конца трубки (h₁ - h) (обе высоты измеряются от поверхности стола, которую считаем строго горизонтальной). В конце опыта, когда из сосуда уже вытек определенный объем жидкости, эта разность будет равна (h₂ - h). Средняя разность высот уровней жидкости за время опыта составляет .

Отсюда разность давлений ΔP на концах трубки:

(1.2)

где ρ- плотность жидкости; g - ускорение силы тяжести; длина трубки l определяется масштабной линейкой; радиус капиллярной трубки r = 0,3·10^-3 м; V - объем жидкости, вытекающей в течение времени t из трубки, равен объему мерного стакана (1мл=10^-6 м³).

Порядок проведения измерений. Вначале определите высоту h₁, затем трубку опустите из положения 1 в положение 2, измеряйте время наполнения мерного стакана, когда стакан наполнится, трубку поднимите в положение 1, измерьте высоту h₂ (если каждый раз возвращать вылитую жидкость в сосуд, высоты h₁ и h₂ будут одинаковыми при повторении измерений). Высота h измеряется во время вытекания жидкости.

Рассчитайте ΔР по формуле (1.2), измерив l, V, t и, зная r, вычислите η по формуле (1.1). Опыт проделайте еще четыре раза при разных наклонах капилляра (положения 2, 3, 4, 5).

Таблица 1

Контрольные вопросы

1. Объясните молекулярно-кинетический механизм вязкости.
2. От чего зависит сила внутреннего трения, как она направлена?
3. Что называется коэффициентом внутреннего трения, в каких единицах он измеряется?
4. Сформулируйте и запишите закон Пуазейля.
5. Почему коэффициент внутреннего трения жидкостей убывает с температурой, а у газов возрастает?