落球法测液体粘滞系数

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1、中国民航大学物理实验论文等厚干涉班级:076041A专业:中欧航空工程师学院姓名:黄松学号:071142111邮箱:huangcauc@yeah.net联系电话:137527392042010年7月落球法测液体的粘滞系数班级:B姓名:黄松学号:071142111【摘要】:本文通过深入分析物理实验“用落球法求液体的粘滞系数”的实验原理和实验过程,总结此实验的适用范围和注意事项,对实验结果进行误差分析,并提出此实验的改进意见和创新见解。【Abstract】:Thispaperhasanalyzedthethe

2、oryandtheprocessoftheMeasurementofViscosityCoefficientwiththeMethodofFallingBalls.Anditalsosumsupthescopeandprecautionsofthisexperiment.Theerroranalysisofexperimentalresultsandinnovationopinionsinthisexperimentaregivenatthesametimeinthisarticle.【关键词】:落球法粘

3、滞系数斯托克斯公式误差分析【Keywords】methodoffallingballs;viscositycoefficient;formulaofStokes;erroranalysis<一>实验原理有关液体中物体运动的问题,19世纪物理学家斯托克斯(GeorgeGabrielStokes)建立了著名的流体力学方程组“斯托克斯组”,它较为系统地反映了流体在运动过程中质量,动量,能量之间的关系:一个在液体中运动的物体所受力的大小与物体的几何形状、速度以及液体的内摩擦力有关。也就是说,当液体稳定流动时,流速

4、不同的各流层之间所产生的层面切线方向的作用力即为粘滞力(或称内摩擦力)。其大小与流层的面积成正比,与速度的梯度成正比,即:(1)式中比例系数η即为该液体的粘滞系数。粘滞系数决定于液体的性质和温度。温度升高,粘度将迅速减小。例如对于蓖麻油,在室温附近温度改变1˚C,粘度值改变约10%。因此,测定液体在不同温度的粘度有很大的实际意义,欲准确测量液体的粘度,必须精确控制液体温度在此试验的原理中,我们试图创造一个无限广延的且无旋涡的流体环境,从而满足斯托克斯定律,即半径为r的圆球,以速度v在粘滞系数为η

5、的液体中运动时,圆球所受液体的粘滞阻力大小为:(2)圆球在液体中下落时,受到重力、浮力和粘滞阻力的作用,由斯托克斯定律知粘滞阻力与圆球的下落速度成正比,当粘滞阻力与液体的浮力之和等于重力时,圆球所受合外力为零,圆球此后将以收尾速度匀速下落。由此得到:(3)式中:ρ为圆球密度,ρ0为液体密度,d为圆球直径,v0为圆球的收尾速度。FfPLHD需要注意的是,我们不能直接利用上式进行实验。因为实验中无法满足公式中液体为无限广延的条件。所以在实验中,圆球是在半径为R的圆筒内运动,如果只考虑筒壁对圆球运动的影响,则应

6、将斯托克斯定律修正为:(4)从而得到:(5)此式即为落球法测粘滞系数的实验公式。式中:D为圆筒直径,K为修正系数通常取2.4(也有取2.1)。<二>实验过程【实验目的】:1.用落球法测量不同温度下蓖麻油的粘滞系数2.掌握用落球法测粘滞系数的原理和方法;3.掌握基本测量仪器包括温控试验仪、千分尺、米尺、数字秒表的用法。【实验仪器】:温控实验仪,量筒,游标卡尺,米尺,读数显微镜,温度计,停表小钢球若干本温控试验仪内置微处理器,带有液晶显示屏,具有操作菜单化,能根据实验对象选择PID参数以达到最佳控制,能显示温

7、控过程的温度变化曲线和功率变化曲线及温度和功率的实时值,能存储温度及功率变化曲线,控制精度高等特点。【实验步骤】:1、首先调节盛有蓖麻油量筒的底座螺丝,观察底座上的水准泡,是底座水平,以保证量筒铅直;2、用游标卡尺测量圆筒的内径D共3次,取平均值;3、取五颗小钢球,用读数显微镜测量其直径d。每颗小球至少测取3次数据,然后分别算出平均值(编号分别为d1、d2、d3、d4、d5)待用;4、用镊子夹住小钢球先在油中浸润,然后在量筒轴线并靠近液面处释放小球,用停表测出小球匀速下落经过两根刻度线间的距离l所需要的时

8、间t,则u0=l/t(用五个小球分别测量)。每个小球下落3次,测3个t取平均,然后再做另一个球,直到把5个球做完;5、将以上各测量的平均值代入公式计算粘滞系数的平均值;6.对量筒内的蓖麻油进行加热,在不同温度下重复进行步骤4,并分别测出其相应温度下的粘滞系数;7.将实验结果填入表格并进行数据处理.<三>实验结果及误差分析室温=21℃钢球密度=7.8g/m3液体密度=0.95g/m3量筒内径D=(2.260+2,246+2.20

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