1

1.     Cel ćwiczenia

Obserwacja ruchu ciał spadających w ośrodku ciekłym, wyznaczanie współczynnika lepkości cieczy, zapoznanie się z wiskozymetrem Höpplera.

2.     Wstęp teoretyczny

              Lepkością lub tarciem wewnętrznym nazywamy zjawisko występowania sił stycznych przeciwstawiających się przemieszczeniu jednych części ciała względem innych jego części. Wskutek tarcia występującego między cząsteczkami cieczy lub gazu, poruszająca się cząstka pociąga za sobą cząsteczki sąsiadujące z nią z prędkością tym bardziej zbliżoną do prędkości własnej, im ciecz lub gaz są bardziej lepkie. Analogicznie cząsteczka spoczywająca hamuje poruszające się cząsteczki sąsiednie. Ze względu na to, że wszystkie rzeczywiste ciecze i gazy są lepkie zjawisko lepkości odgrywa istotną rolę podczas przepływu cieczy oraz podczas  ruchu ciała stałego w ośrodku ciekłym.

              Ciało stałe, poruszające się w ośrodku ciekłym, napotyka na opór. W otoczeniu ciała obserwujemy wtedy ruch cieczy. Mechanizm tego zjawiska jest następujący : warstwa cieczy, przylegająca do powierzchni poruszającego się ciała, wprawia w ruch pozostałe warstwy cieczy. Tak więc istotną rolę odgrywa tu lepkość cieczy. Dla ciał o symetrii osiowej poruszającego się w kierunku osi, wypadkowa siła oporu działa przeciwstawnie do kierunku ruchu. Doświadczalnie stwierdza się, że dla małych prędkości siła tarcia wewnętrznego R jest wprost proporcjonalna do prędkości v. Poza tym zależy ona od charakterystycznego wymiaru liniowego ciała l oraz od współczynnika lepkości cieczy h.

              Równanie określające siłę oporu (tarcia wewnętrznego ma postać:

R= - K l h v

gdzie K jest to stała zależna od kształtu ciała. Dla kuli o promieniu r (l = r) mamy K= 6p i równanie przechodzi w tzw. prawo Stokesa:

R = - 6p r h v

3.     Układ pomiarowy

                                          Urządzenie do pomiaru współczynnika lepkości cieczy metodą Stokesa.
              1. ciecz , 2. cylinder szklany  , 3.  spadająca kulka  , 4. pierścienie , h odległość pomiędzy pierścieniami

4.     Zestaw przyrządów

a)                         - wiskozymetr Höpplera

- stoper

          b)  - naczynie z badaną cieczą

      - areometr

      - zestaw kulek

      - waga analityczna

- śruba mikrometryczna

               - linijka z podziałką milimetrową

               - stoper

5.     Pomiary i obliczenia

5.1 Wiskozymetr Höpplera.

parametry wiskozymetru :

k = 0.1216 * 10-3 Ns m-2 cm3 g-1 s-1

pk= 8.12 +/- 0.01 g cm-3

pc= 1.235 +/- 0.005 g cm-3

wzór na współczynnik lepkości :

        h = k * ( pk - pc ) * t

t - czas spadania kulki

zmierzony czas spadania kulki

t1 = 163.30 s

t2 = 163.40 s

t1 = 163.32 s

t2 = 162.75 s

t1 = 162.81 s

t2 = 162.90 s

tśr = 163.10 s

Dt = +/- 0.01

po podstawieniu do wzoru otrzymujemy

                                            h = 0.1370 N.s/m2

Błąd wielkości h :    

Dh = | k* (pk - pc )| * Dt + |k * t |* D pk +| k * t| * D pc

stąd ostatecznie otrzymujemy

Dh = 0.0003058 N.s/m2

5.2 Pomiar współczynnika lepkości przy pomocy naczynia cylindrycznego

5.2.1 Pomiary dla kulki nr 1

a) warunki pomiaru:

odległość między pierścieniami        h = 29.8 +/- 0.1 cm

gęstość cieczy                                  pc = 1.27 +/- 0.01 g/cm3   

przyspieszenie ziemskie                   g = 9.81 m / s2

ilość pomiarów                                  n = 10

b) pomiar średnicy kulek: