用落球法測定液體的粘度

1、用落球法測定液體的粘度實(shí)驗(yàn)?zāi)康? ?根據(jù)斯托克斯公式，用落球法測液體的粘度。2 ?學(xué)習(xí)間接測量結(jié)果的誤差估算。實(shí)驗(yàn)儀器玻璃圓筒，小鋼球，停表，螺旋測微器，直尺，溫度表，鑷子，提網(wǎng)（或磁鐵），待測液體（甘油或蓖麻油）。實(shí)驗(yàn)原理在液體內(nèi)部，不同流速層的交接面上，有切向相互作用力， 流速大的一層受到的力和它的流速方向相反，使之減速；流速小的一層受到的力和它的流速方向相同，使之加速。這樣,相互作用的結(jié)果，使相對運(yùn)動減慢。流體的這種性質(zhì)就是粘滯性。這一對力稱為內(nèi)摩擦力，也稱為粘滯力。當(dāng)半徑為r的光滑球形固體，在密度為 訂粘滯系數(shù)為 且液面為無限寬廣的粘滯流體 中以速度V 運(yùn)動時(shí)，若速度不大、球較小、液體

2、中不產(chǎn)生渦流，則小球受到的粘滯力為F=6 二 rV當(dāng)密度為體積為V體的小球在密度為 訂的液體中下落時(shí)，作用在小球上的力有三個(gè)F=6二rV這三個(gè)力都在同一重力p= Vg；液體的浮力f =°V體g，液體的粘滯阻力圖4一 1小球運(yùn)動示意圖鉛直線上，如圖4 1所示。球開始下落時(shí)的速度很小，所受的阻力不大，小球加速下降，隨著速度的增加，所受的阻力逐漸加大。當(dāng)速度達(dá)到一定值時(shí)，阻力和浮力之和將等于重力，即V 體 g = ； %V 體 g+6 二 rV此時(shí)小球的加速度為零，勻速下降，這個(gè)速度稱為收尾速度（或平衡速1 3度）。將V體=二d3代入上式可得6-二 d3（'-訂）g=3 二 Vd6

3、所以式中d=2r為小球的直徑。實(shí)驗(yàn)時(shí)使小球在有限的圓形油筒中下落，（4-1）液體不是無限寬廣的，考慮到圓筒器壁的影響應(yīng)對斯托克斯公式加以修正，式（4 1）變?yōu)?4-2)=1（，-'。曙2ddV（12.4）（11.65 ）Dh式中，D為圓筒的內(nèi)徑，h為筒內(nèi)液體的咼度，d為小球直徑。pl實(shí)驗(yàn)測定時(shí)，由于 d«h,則式（4-2 ）分母中的（1 + 1.65 ） ； 1 ,該式可改寫成D(4-3)由上式可以測定，在國際單位制中的單位是Pa ? So1 (-； o)qd2團(tuán)4 J測量示意實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1 ?實(shí)驗(yàn)采用大小相同的小鋼球，用千分尺（關(guān)于千分尺的使用參見實(shí)驗(yàn)一）測出其中一個(gè)小球

4、的直徑；并在不同的方向上測8次，求其平均直徑。注意千分尺的零點(diǎn)讀數(shù)。2 ?確定小球在筒中央勻速落下的范圍2N3，如圖4 2所示。方法是：在玻璃筒上、中、下三處用橡皮筋分別作出標(biāo)記線N2、N30令線間距離NiN2= N2N3,測出小球通過兩段液體的時(shí)間tl和t2。若X :.t2，貝U小球在2N3中作勻速運(yùn)動。若匕彳2，則說明小球通過N1標(biāo)線后仍然作加速運(yùn)動，應(yīng)將 N.N?標(biāo)線下移并保持 NV|N2= N2N3。試測幾次直到t13 ?在N1N3不變的情況下。重復(fù)做8次，記取相應(yīng)的時(shí)間t,并 計(jì)算其平均值f。4?測量線間距 L=N1N 38次；計(jì)算其平均值 L,并計(jì)算出小球收尾速度v=L /t。5

5、.測量圓筒內(nèi)徑 D （測一次），測量液體的溫度（即室溫二）。6.小鋼球密度液體密度；-o由實(shí)驗(yàn)室給出（也可由物理手冊查出7 ?根據(jù)式（4-3）計(jì)算 的平均值及其誤差，并分析所得結(jié)果。數(shù)據(jù)記錄與處理1 ?數(shù)據(jù)記錄寸=, D = , P= , P = 表4-1測量液體的粘滯系數(shù)數(shù)據(jù)次尊d Gin)L (cm)心)# (Pa* b)12d2h：3J475r丄567hl平均值dL7VV平均值標(biāo)準(zhǔn)差ktL 2()+z十2+2.4?Dx(M)2-Jd1+2.4 2D2.用誤差傳遞公式求-的相對誤差和平均值標(biāo)準(zhǔn)差。 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng))Pa? s3?寫出測量結(jié)果=-n=(1?實(shí)驗(yàn)時(shí)液體中應(yīng)無氣泡，小鋼球也不能粘有氣泡。2.球必須在筒的中心下落。3?液體的粘度隨溫度的改變會發(fā)生顯著變化，因此，在實(shí)驗(yàn)中不得用手摸圓筒。思考題1.實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果不用標(biāo)線 N3,測出小球從 N到筒底的時(shí)間是否可以？2?若使小球在靠近筒壁處下落是否可以？為