«Вязкость жидкости. Вычисление динамического коэффициента вязкости жидкости».

             Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная  школа №5 им Котова А.А.

Исследовательский проект по теме:

«Вязкость жидкости. Вычисление динамического

коэффициента вязкости жидкости».

Выполнил ученик 7 «Б» класса Бадин Ярослав

Руководитель проекта учитель физики Петровская Л.В.  

Ст Шкуринская 2023 год

Оглавление

Введение                                                                   2    стр

Актуальность выбранной темы                                   2    стр

Объект исследования                                                   2     стр

Предмет исследования                                                 2     стр

Основная часть

«Вычисление динамического коэффициента вязкости

жидкости по методу Стокса»                                   3     стр

Исследования                                                                4-6  стр

Вывод                                                                             6     стр

Вязкость в практическом применении                     6-7 стр

Заключение                                                                   7      стр

Список используемых источников                          8     стр

 Введение

Жидкость окружает нас всегда и везде. Сами люди состоят из жидкости, вода дает нам жизнь. С научной точки зрения жидкость - это одно из агрегатных состояний вещества, промежуточное между твердым телом и газом. Жидкости бывают идеальные и реальные.

 Идеальные  -  невязкие жидкости, обладающие абсолютной подвижностью, т.е. отсутствием сил трения и абсолютной неизменностью в объеме под воздействием внешних сил.

 Реальные - вязкие жидкости, обладающие сжимаемостью, сопротивлением, растягивающим и сдвигающим усилиям и достаточной подвижностью, т.е. наличием сил трения.

Актуальность выбранной темы:

 В курсе физики  мы изучаем вопросы, которые когда-то были проблемами в науке, но были решены на определенном этапе изучения физики. Меня заинтересовал тот вопрос, что при открытии новых физических явлений постоянно происходит переосмысление физической картины мира. Каждое новое открытие является революционным и продвигает науку на новый виток развития. Очень интересно, что сегодня еще может человечество узнать о природе. Знания, полученные при выполнении этой работы, пригодятся и в других науках.

 Объект исследования: пшено и вода, масло растительное.

Оборудование: пластиковая бутылка 1.5 литра со срезанным верхом наполненная водой, линейка 30 см, секундомер, порция пшенной крупы (не менее 200 зерен) в коробочке, спичка, лист бумаги А4, миллиметровая бумага для построения графиков.

Предмет исследования: измерение коэффициента вязкости воды.

Цель работы: измерение коэффициента вязкости воды с помощью опытов.

Задачи:

1. Изучить теорию о вязкости жидкостей.

2. Изучить свойства воды.

3. Экспериментально исследовать вязкость воды, используя метод Стокса.

Гипотеза:

Жизнь   без   воды невозможна.

Методы исследования:

1.Наблюдение.

2. Сбор и анализ информации.

3. Синтез полученных данных и исследований.

4. Статистика и обработка данных (графики, диаграммы, таблицы).

Этапы деятельности:

1. Выбор и осознание проблемы.
2. Формулирование темы.
3. Подбор информационных данных и литературы.
4. Систематизация полученных данных.
5. Выявление гипотезы, цели и задачи.
6. Использование данных на практике по «Методу Стокса»
7. Нахождение итогового фактора, влияющего на вязкость жидкости
8. Определение коэффициента вязкости жидкости  
9. Вывод и заключение

Основная часть

«Вычисление динамического коэффициента вязкости жидкости по методу Стокса»

1. Теоретическая часть

Величина коэффициента динамической вязкости имеет большое значение при определении качества смазочных материалов, при расчёте движения нефти и нефтепродуктов по трубопроводам, расчёте подачи топлива в двигателях внутреннего сгорания и в ряде других случаев.

В данной работе динамическая вязкость η определяется из закона Стокса (британского математика Джорджа Стокса):

Цель работы. Изучение движения тел в вязкой жидкости и измерение коэффициента внутреннего трения жидкости.

Для измерения вязкости применяю  метод Стокса для определения вязкости жидкости с помощью крупицы пшена.

Описание установки: 1. Высокий цилиндрический сосуд с жидкостью.

На сосуде имеются две кольцевые метки А и В, расположенные  на расстоянии  друг от друга. Уровень растительного  масла  должен быть выше верхней метки на 4- 5 см, чтобы к моменту прохождения крупицы пшена мимо верхней метки его скорость можно было считать установившейся. Бросая крупицу пшена в сосуд, по секундомеру отмечаем время t прохождения пшеном расстояния =АВ между двумя метками.

Вывод формулы для расчета вязкости достаточно сложный, поэтому я рассмотрю общую схему для расчета формулы.

Так как на крупица пшена, опущенная в жидкость, действуют три силы: сила тяжести, выталкивающая сила и сила сопротивления, то для силы тяжести и выталкивающей силы получаем выражения:

 =

 =

Где r - радиус крупицы пшена; ρ − плотность крупицы пшена; ρ0 − плотность масла.

Преобразование этих формул путём подстановки выражения для скорости движения  =  и замены радиуса крупицы пшена r на диаметр d, получаем

𝛈 =

это уравнение справедливо лишь тогда, когда крупица пшена падает в безграничной среде.  

При попадании крупицы пшена радиусом r в цилиндрической трубке радиусом , высотой  учёт влияния границ даёт:

𝛈 =  =  =

Исходя из формулы, можно вычислить динамическую вязкость жидкости по формуле:

Исследования:

Исходя из формулы, можно вычислить  динамическую вязкость жидкости.

Для этого:

1. Измерю диаметр крупиц с помощью линейки.
2. Вычислю радиус крупицы пшена

 =

=  = 0,0011 м

3. Буду опускать шарик в цилиндр с маслом. В момент прохождения шарика мимо верхней метки включаем секундомер и останавливаем его в момент прохождения шарика нижней метки.

Обработка полученных данных

Рассчитаю скорость крупицы пшена по следующей формуле:   =

Для подсолнечного масла расстояние между метками составляло:

 8 см = 0,08 м.

Скорость крупицы пшена в подсолнечном масле

 =  = (м/с).                                                  

 =  = (м/с).                                                    

 =  = (м/с).                                                                                                                                          

Рассчитаю динамическую вязкость жидкости по следующей формуле

𝛈 =

 =  =  = 1,4 (Па  с);

 =  =  = 1,3 (Па  с);

 =  =  = 1,4 (Па  с);

Среднее значение коэффициента вязкости для крупицы пшена

 при t  =240С составляет: 1,37 Па  с.

Рассчитаю среднее значение коэффициента вязкости для крупицы пшена при   = 440С составляет: 1,37 Па  с.

 = 0, 098 м/с                                                   

 = 0, 1 м/с                                                    

 = 0, 99 м/с  

Среднее значение коэффициента вязкости для крупицы пшена

 при t  =440С составляет: 1,17 Па  с.

Вывод: В результате проведенных опытов я выяснил, что динамический коэффициент вязкости внутреннего трения зависит от температуры: С увеличением температуры коэффициент вязкости жидкости уменьшается. Это связано с характером движения молекул жидкости. Но, коэффициент внутреннего трения жидкости (в пределах исследуемой жидкости) не должен зависеть от плотности крупицы пшена. Крупица  является лишь средством для измерения коэффициента вязкости.

Вязкость в практическом применении

На практике известны различные способы применения свойств жидкостной вязкости. В практическом смысле определить данную величину нужно: в работе нефтеперерабатывающей отрасли, деятельности с дисперсными, многофазными средами, ведь данные сферы подразумевают наличие определенных знаний о физических особенностях сред, особенно показателя их внутреннего трения.

Новые вискозиметры изготовляются из качественных материалов с использованием исключительно передовых технологий. В совокупности это дает возможность осуществлять деятельность с большой температурой и показателем давления без негативного влияния на оборудование. Жидкостная вязкость огромное значение имеет в промышленности, так как переработка, транспортировка, добыча зависимы напрямую от того значения внутреннего трения, что характерен для жидкостной смеси.

Вязкость жидкости также достаточно важна для медицинского оборудования. Поступление смеси газа с помощью эндотрахеальной трубки зависимо от внутреннего трения этого газа. В этом случае, будет наблюдаться изменение показателей вязкости конкретной среды на проникновение воздуха непосредственно через аппарат.

Когда вводятся лекарственные препараты и вакцины через шприц, наблюдается реальный пример действия вышеуказанного процесса. Несмотря на начальное пренебрежение исследователями этого физического явления, в такой момент просматривается перепад давления на кончике иголки, когда впрыскивается жидкость. Высокое давление возникает на наконечнике и является результатом процесса внутреннего трения.

Исходя из этого, можно сделать вывод, что вязкость среды - это определенная физическая величина, что характеризуется широким применением на практике. В промышленности, медицине, лаборатории достаточно часто наблюдается внутреннее трение. Осуществление работы самого простого лабораторного оборудования зависит напрямую от уровня вязкости среды, что используется в экспериментах.

Заключение

В результате проделанной работы был проведён обзор теоретических источников информации. Проведена серия экспериментов, рассчитал коэффициент вязкости воды. Установил зависимости между коэффициентом вязкости и температурой данной жидкости.

Цель своей исследовательской работы считаю достигнутой.

Список используемых источников

1. Бретшнайдер Ст. Свойства газов и жидкостей.- М.- Л.:Химия, 1966.
2. Никулин С.С. Определение вязкости жидкости методом Стокса. – Тамбов: Изд-во ГОУ ВПО ТГТУ, 2011. – 12с.
3. http://window.edu.ru/resource/253/46253/files/gubkin04.pdf