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(dòng)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0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(dòng)時(shí)，若速度不大、球較小、液體中不產(chǎn)生渦流，則小

2、球受到的粘滯力為 F=6rV當(dāng)密度為，體積為V體的小球在密度為0的液體中下落時(shí)，作用在小球上的力有三個(gè)：重力P=V體g； 液體的浮力f =0V體g ，液體的粘滯阻力F=6rV這三個(gè)力都在同一鉛直線上，如圖41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 =0V體g+6rV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(或平衡速度)。將V體=d代入上式可得 3 d(-0)g=3Vd 16316所以1(-0)gd2= (4-1) 18V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

3、筒中下落，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(41)變?yōu)? =18(-0)gd2(4-2) ddV(1+2.4)(1+1.65)Dh式中，D為圓筒的內(nèi)徑，h為筒內(nèi)液體的高度，d為小球直徑。實(shí)驗(yàn)測定時(shí)，由于d<<h，則式(4-2)分母中的(1+1.65d)1,該式可改寫成 D1(-0)gd2= (4-3)d18V(1+2.4)D由上式可以測定，在國際單位制中的單位是Pa·S。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

4、確定小球在筒中央勻速落下的范圍N1N3，如圖42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N1、N2、N3。令線間距離N1N2= N2N3，測出小球通過兩段液體的時(shí)間t1和t2。若t1t2，則小球在N1N3中作勻速運(yùn)動(dòng)。若t1<t2，則說明小球通過N1標(biāo)線后仍然作加速運(yùn)動(dòng)，應(yīng)將N1、N2標(biāo)線下移并保持N1N2= N2N3。試測幾次直到t1t2。3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。4測量線間距L= N1N3 8次，計(jì)算其平均值，并計(jì)算出小球收尾速度V=/。5測量圓筒內(nèi)徑D（測一次），測量液體的溫度(即室溫)。6小鋼球密度，液體密度0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= ，D = ，0= ，表4-1 測量液體的粘滯系數(shù)2用誤差傳遞公式求的相對誤差和平均值標(biāo)準(zhǔn)差。 2 2+2.4222 =()+()+() 1+2.4 D3寫出測量結(jié)果=±=（ ）±（ ）Pas實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)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(huì)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N