落球法測液體粘滯系數(shù)

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1、中國民航大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)論文等厚干涉班級：076041A專業(yè)：中歐航空工程師學(xué)院姓名：黃松學(xué)號：071142111郵箱：huangcauc@yeah.net聯(lián)系電話：137527392042010年7月落球法測液體的粘滯系數(shù)班級：B姓名：黃松學(xué)號：071142111【摘要】：本文通過深入分析物理實(shí)驗(yàn)“用落球法求液體的粘滯系數(shù)”的實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)過程，總結(jié)此實(shí)驗(yàn)的適用范圍和注意事項(xiàng)，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行誤差分析，并提出此實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)意見和創(chuàng)新見解?！続bstract】：ThispaperhasanalyzedthetheoryandtheprocessoftheMeasur

2、ementofViscosityCoefficientwiththeMethodofFallingBalls.Anditalsosumsupthescopeandprecautionsofthisexperiment.Theerroranalysisofexperimentalresultsandinnovationopinionsinthisexperimentaregivenatthesametimeinthisarticle.【關(guān)鍵詞】：落球法粘滯系數(shù)斯托克斯公式誤差分析【Keywords】methodoffallingballs;viscosityc

3、oefficient;formulaofStokes;erroranalysis<一>實(shí)驗(yàn)原理有關(guān)液體中物體運(yùn)動(dòng)的問題，19世紀(jì)物理學(xué)家斯托克斯（GeorgeGabrielStokes）建立了著名的流體力學(xué)方程組“斯托克斯組”，它較為系統(tǒng)地反映了流體在運(yùn)動(dòng)過程中質(zhì)量，動(dòng)量，能量之間的關(guān)系：一個(gè)在液體中運(yùn)動(dòng)的物體所受力的大小與物體的幾何形狀、速度以及液體的內(nèi)摩擦力有關(guān)。也就是說，當(dāng)液體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，流速不同的各流層之間所產(chǎn)生的層面切線方向的作用力即為粘滯力（或稱內(nèi)摩擦力）。其大小與流層的面積成正比，與速度的梯度成正比，即：（1）式中比例系數(shù)η即為該液體的粘滯系數(shù)

4、。粘滯系數(shù)決定于液體的性質(zhì)和溫度。溫度升高，粘度將迅速減小。例如對于蓖麻油，在室溫附近溫度改變1˚C，粘度值改變約10%。因此，測定液體在不同溫度的粘度有很大的實(shí)際意義，欲準(zhǔn)確測量液體的粘度，必須精確控制液體溫度在此試驗(yàn)的原理中，我們試圖創(chuàng)造一個(gè)無限廣延的且無旋渦的流體環(huán)境，從而滿足斯托克斯定律，即半徑為r的圓球，以速度v在粘滯系數(shù)為η的液體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，圓球所受液體的粘滯阻力大小為：（2）圓球在液體中下落時(shí)，受到重力、浮力和粘滯阻力的作用，由斯托克斯定律知粘滯阻力與圓球的下落速度成正比，當(dāng)粘滯阻力與液體的浮力之和等于重力時(shí)，圓球所受合外力為零，圓球此

5、后將以收尾速度勻速下落。由此得到：（3）式中：ρ為圓球密度，ρ0為液體密度，d為圓球直徑，v0為圓球的收尾速度。ＦｆＰLHD需要注意的是，我們不能直接利用上式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中無法滿足公式中液體為無限廣延的條件。所以在實(shí)驗(yàn)中，圓球是在半徑為R的圓筒內(nèi)運(yùn)動(dòng)，如果只考慮筒壁對圓球運(yùn)動(dòng)的影響，則應(yīng)將斯托克斯定律修正為：（4）從而得到：（5）此式即為落球法測粘滯系數(shù)的實(shí)驗(yàn)公式。式中：D為圓筒直徑，K為修正系數(shù)通常取2.4（也有取2.1）。<二>實(shí)驗(yàn)過程【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹浚?．用落球法測量不同溫度下蓖麻油的粘滯系數(shù)2．掌握用落球法測粘滯系數(shù)的原理和方法；3．掌握基本測量儀

6、器包括溫控試驗(yàn)儀、千分尺、米尺、數(shù)字秒表的用法?！緦?shí)驗(yàn)儀器】：溫控實(shí)驗(yàn)儀，量筒，游標(biāo)卡尺，米尺，讀數(shù)顯微鏡，溫度計(jì)，停表小鋼球若干本溫控試驗(yàn)儀內(nèi)置微處理器，帶有液晶顯示屏，具有操作菜單化，能根據(jù)實(shí)驗(yàn)對象選擇PID參數(shù)以達(dá)到最佳控制，能顯示溫控過程的溫度變化曲線和功率變化曲線及溫度和功率的實(shí)時(shí)值，能存儲(chǔ)溫度及功率變化曲線，控制精度高等特點(diǎn)?！緦?shí)驗(yàn)步驟】：1、首先調(diào)節(jié)盛有蓖麻油量筒的底座螺絲,觀察底座上的水準(zhǔn)泡,是底座水平,以保證量筒鉛直；2、用游標(biāo)卡尺測量圓筒的內(nèi)徑D共3次，取平均值;3、取五顆小鋼球，用讀數(shù)顯微鏡測量其直徑d。每顆小球至少測取3次數(shù)據(jù)，然后分

7、別算出平均值（編號分別為d1、d2、d3、d4、d5）待用;4、用鑷子夾住小鋼球先在油中浸潤，然后在量筒軸線并靠近液面處釋放小球，用停表測出小球勻速下落經(jīng)過兩根刻度線間的距離l所需要的時(shí)間t，則u0=l/t（用五個(gè)小球分別測量)。每個(gè)小球下落3次，測3個(gè)t取平均，然后再做另一個(gè)球，直到把5個(gè)球做完;5、將以上各測量的平均值代入公式計(jì)算粘滯系數(shù)的平均值;6.對量筒內(nèi)的蓖麻油進(jìn)行加熱,在不同溫度下重復(fù)進(jìn)行步驟4,并分別測出其相應(yīng)溫度下的粘滯系數(shù);7.將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表格并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理.<三>實(shí)驗(yàn)結(jié)果及誤差分析室溫=21℃鋼球密度=7.8g/m3液體密度=0.95g

8、/m3量筒內(nèi)徑D=(2.260+2,246+2.20