Методы определения вязкости жидкости. Метод Стокса

Существует много способов определения вязкости жидкости, наиболее распространённые: метод Пуазейля - этот метод основан на ламинарном течении жидкости в тонком капилляре, метод Стокса - этот метод определения вязкости основан на измерении скорости падения в жидкости медленно движущихся небольших тел сферической формы.

В нашей работе, мы будем использовать одним из удобных и наиболее распространенных методов определения вязкости жидкости - методом Стокса, основанным на использовании закономерностей движения сферических тел в вязкой среде. Если твердое тело опустить в смачивающую жидкость, то на его поверхности образуется тонкий прилипший слой жидкости, который удерживается силами молекулярного притяжения. Когда тело движется относительно жидкости с некоторой скоростью v, с той же скоростью перемещается вместе с ним и прилипший слой. Это явление позволяет производить измерение коэффициента внутреннего трения жидкости по методу Стокса.

На шарик, свободно падающий в жидкости, действуют сила тяжести Р, выталкивающая сила Q и сила вязкого сопротивления F:

Р = m_шg = 4/3πr³ρ_шg,

Q = m_жg = 4/3πr³ρ_жg, (11)

F = 6πηrυ,

где m_ш и m_ж- массы шарика и жидкости, ρ_ш и ρ_ж - их плотности; r - - радиус; υ -скорость падения шарика; g - ускорение свободного падения; η - коэффициент вязкости.

Движение шарика, падающего в вязкой жидкости, лишь в первое время будет ускоренным. С возрастанием скорости возрастает и сила вязкого сопротивления, и с некоторого момента движение можно считать равномерным, т.е. справедливо равенство

P = Q +F; F = P-Q

ИЛИ

6πηrυ = 4/3πr³g ( ρ_ш - ρ_ж),

откуда (12)

Для средней части сосуда, ограниченной рисками А и В, где движение равномерное, скорость равна

υ = h/t, (13)

где h - расстояние, t - время падения шарика между рисками А и В. Поставляя значение скорости в уравнение (2), получим

(14)

Это уравнение справедливо лишь тогда, когда шарик падает в безграничной среде. Если шарик падает вдоль оси трубки радиуса R, то приходится учитывать влияние боковых стенок. Поправки в формуле Стокса для такого случая теоретически обосновал Ладенбург.

Формула для определения коэффициента вязкости с учетом поправок принимает следующий вид:

(15)

Дата добавления: 2015-07-15