Инфоурок / Физика / Другие методич. материалы / Научный проект на тему: "Определение вязкости жидкости по скорости истечения через капилляр"
Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

Педагогическая деятельность в соответствии с новым ФГОС требует от учителя наличия системы специальных знаний в области анатомии, физиологии, специальной психологии, дефектологии и социальной работы.

Только сейчас Вы можете пройти дистанционное обучение прямо на сайте "Инфоурок" со скидкой 40% по курсу повышения квалификации "Организация работы с обучающимися с ограниченными возможностями здоровья (ОВЗ)" (72 часа). По окончании курса Вы получите печатное удостоверение о повышении квалификации установленного образца (доставка удостоверения бесплатна).

Автор курса: Логинова Наталья Геннадьевна, кандидат педагогических наук, учитель высшей категории. Начало обучения новой группы: 27 сентября.

Подать заявку на этот курс    Смотреть список всех 216 курсов со скидкой 40%

Научный проект на тему: "Определение вязкости жидкости по скорости истечения через капилляр"

библиотека
материалов


ХАБАЛОВСКАЯ СРЕДНЯЯ ШКОЛА ИМ. БЛТАБАНОВА


КОБДИНСКИЙ РАЙОН


НАУЧНОЕ ОБЩЕСТВО УЧАЩИХСЯ « ДАРЫН »


БЛТАБАНОВ ДАРХАН, 11 КЛАСС




Тема: « ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ

ПО СКОРОСТИ ИСТЕЧЕНИЯ ЧЕРЕЗ КАПИЛЛЯР »








НАПРАВЛЕНИЕ: «НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС – КАК

КЛЮЧЕВОЕ ЗВЕНО ЭКОНОМИЧЕСКОГО РОСТА»


СЕКЦИЯ: ФИЗИКА


РУКОВОДИТЕЛЬ: С.Г. ДРАБОВСКИЙ- учитель физики Хабаловской С.Ш.

им. Блтабанова


РЕЦЕНЗЕНТ: И.Ф. СПИВАК-ЛАВРОВ – доктор физико-

математических наук, профессор, завкафедрой ЭТФ

АГУ им. К.К.Жубанова













г. АКТОБЕ 2007 г.




ОТЗЫВ

О работе ученика 11 класса Хабаловской СШ имени Блтабанова

Блтабанова Дархана на тему: «Определение вязкости жидкости по скорости истечения через капилляр».

Работа, проведенная Дарханом, носит экспериментальный характер. Для ее выполнения необходима определенная теоретическая и практическая подготовка учащегося. В процессе ее выполнения учащийся получает не только ответ на поставленную перед ним цель. Выполнение работы предполагает проявление сообразительности и пытливости характера. Для подготовки и отладки лабораторной установки к проведению эксперимента пришлось искать ответы на многие «нестыковки», проявляющиеся в условиях нехватки лабораторного оборудования в сельской школе. Например, для измерения внутреннего диаметра капиллярной трубки и высоты, определяющей перепад давлений внутри нее, был придуман и изготовлен прибор на основе зрительной трубки от телескопа и микрометрического винта от спектроскопа.

В ходе выполнения работы ученик изучил научно-популярную литературу по интересующему его вопросу. Чтобы удостовериться в правильности поставленной гипотезы, провел опыты по доказательству того, что в каждом из опытов в капилляре устанавливалось ламинарное течение, оценил длину участка капилляра, на котором оно устанавливалось, учел поправку на перепад давлений, обусловленную силами поверхностного натяжения, определил вязкость дистиллированной воды.

В процессе исполнения данного проекта Блтабанов Дархан проявил усердие, творческую смекалку, любознательность, навыки постановки эксперимента, умение достичь поставленной цели.

Ценность данного проекта заключается в том, что исследование может быть предложено для постановки, как лабораторная работа для физического практикума в средней школе при углубленном изучении физики, а также для ВУЗов. Навыки, полученные Дарханом в ходе его выполнения, помогут ему в дальнейшей учебе и привитии интереса к исследовательской деятельности.





Руководитель проекта: С. Драбовский, учитель физики

Хабаловской СШ им. Блтабанова.











Оглавление

стр


I Аннотация ……………………………………………….….. 4


II Введение


2.1 Силы вязкости.….…………………………………....……. 6


2.2 Давление жидкости на стенки сосуда…………..……….…7


2.3 Определение вязкости жидкости по скорости

истечения через капилляр…………………….…….………8


2.4 Установка для измерения вязкости ……….…………..…9


2.5 Прибор для измерения радиуса капиллярной трубки……10


    1. Порядок проведения измерений………………….……….11


III Исследовательская часть.


    1. Определение вязкости жидкости по скорости истечения

через капилляр………………………………………….…..13

IV Заключение………………………………………..………..…..16


V Список использованной литературы………………………..…17


Результаты проведения опытов……………………….……….18

















Abstract


The purpose of my research is:

It, first

To be convinced that the vessel Маriоttа can be used for a feed (meal) by water of any installation, where it is necessary to ensure (supply) during some time course of water with constant speed.

Secondly,

Using the formula Puasеilja and formula of number Rеinоldsа to define (determine) viscosity of water at different differences of pressure inside capillary трубки and to estimate an error of the received result.

In third,

By the received results of experiences to construct graphic dependence of the charge of a liquid on difference of pressure inside capillary vessel and to define(determine) viscosity of water by a graphic method.

Hypothesis. From the formula Puаsеilja follows, that at quiet current of a liquid in capillary vessel, its (her) charge is proportional to pressure and depends on viscosity. Quiet the current of a liquid in a capillary can be established, using a vessel Мariotta. Knowing radius capillary vessel and its (her) length, it is possible to calculate viscosity of a researched liquid.

For achievement of object in views, we:

First, from available glasswares, have picked up such vessel, which, after the certain completion, it is possible to consider (count) as a vessel Маriоttа.

Second, were convinced that the vessel Мariotta can be used for a feed (meal) by water of any installation, where it is necessary to ensure (supply) during some time quiet course of a liquid.

Third, is independent have made the device for exacter measurements of radius capillary vessel and height of a pole of a liquid above her, as the viscosity is connected to radius of a capillary by the fourth degree last, and it strongly influences results of experiment.

Is thought, that the given research is possible is to offered for statement, as by (with) laboratory job for a physical practical work in high school at the profound study of physics, and also for HIGH SCHOOLS. The vessel Маriоttа can be used for a feed (meal) by water of any installation, where it is necessary to ensure (supply) during some time course of water with constant speed, the speed of which current can be changed.









Аннотация


Целью моего исследования является:

это, во-первых,

убедиться в том, что сосуд Мариотта можно использовать для питания водой какой-либо установки, где необходимо обеспечить в течение некоторо-го времени протекание воды с постоянной скоростью.

во-вторых,

используя формулу Пуазейля и формулу числа Рейнольдса определить вязкость воды при разных перепадах давлений внутри капиллярной трубки и оценить погрешность полученного результата.

в третьих,

по полученным результатам опытов, построить графическую зависи-мость расхода жидкости от перепада давлений внутри капиллярной трубки и определить вязкость воды графическим методом.

Гипотеза. Из формулы Пуазейля следует, что при ламинарном течении жидкости в капиллярной трубке, ее расход пропорционален давлению и зависит от вязкости. Ламинарное течение жидкости в капилляре можно установить, используя сосуд Мариотта. Зная радиус капиллярной трубки и ее длину, можно вычислить вязкость исследуемой жидкости.

Для достижения поставленных целей, мы:

Первое, из имеющейся стеклянной посуды, подобрали такой сосуд, который, после определенной доработки, можно считать сосудом Мариотта.

Второе, убедились в том, что сосуд Мариотта можно использовать для питания водой какой-либо установки, где необходимо обеспечить в течение некоторого времени ламинарное протекание жидкости.

Третье, самостоятельно смастерили устройство для более точных измерений радиуса капиллярной трубки и высоты столба жидкости над ней, так как вязкость связана с радиусом капилляра четвертой степенью последнего, а это сильно влияет на результаты эксперимента.

Думается, что данное исследование можно предложить для постановки, как лабораторная работа для физического практикума в средней школе при углубленном изучении физики, а также для ВУЗов. Сосуд Мариотта можно использовать для питания водой какой-либо установки, где необходимо обеспечить в течение некоторого времени протекание воды с постоянной скоростью, скорость тока которой можно изменять.









Введение


Силы вязкости.


Гидродинамика изучает законы движения жидкостей и их взаимодействие с твердыми телами.

При действии сил на жидкость частицы жидкости начинают перемещаться. Движение (течение) жидкости называется стационарным (установившимся), если в заданных точках пространства скорость жидкости не зависит от времени. При этом в разных точках пространства скорости жидкости могут быть неодинаковыми.

Если в фиксированных точках пространства скорость жидкости с течением времени изменяется , движение называется нестационарным (неустановившимся).

Течение жидкости, при котором ее соприкасающиеся слои движутся без перемешивания, называется ламинарным. При перемешивании слоев жидкости течение называется турбулентным. Ламинарное течение может быть как стационарным, так и нестационарным. Турбулентное течение всегда нестационарно.

Линия, касательная к которой в данной точке совпадает по направлению со скоростью жидкости в этой точке в данный момент времени, называется линией тока. При стационарном течении жидкости линии тока совпадают с траекториями частиц жидкости.

Трубкой тока называется поверхность, образованная линиями тока, проведенными через все точки малого замкнутого контура, выделенного внутри жидкости. Жидкость, протекающую по всей совокупности трубок тока, называют потоком.

При стационарном течении жидкости трубки тока со временем не изменяются по форме, и частицы жидкости при движении не выходят за пределы определенных трубок тока. Если скорость жидкости мало изменяется при переходе от одной точки поперечного сечения потока к соседней, то трубу или русло, по которым течет жидкость, принимают за одну трубку тока больших размеров. Скоростью жидкости в произвольном сечении такой трубки тока при этом считают среднюю по этому сечению скорость.

Внутренним трением (вязкостью) называется явление возникновения сил, препятствующих относительному перемещению слоев жидкости или газа. Между двумя движущимися соседними слоями жидкости всегда появляются тангенциальные (т.е. направленные по касательной к поверхности) силы трения – так называемые силы вязкости. Силы внутреннего трения направлены вдоль соприкасающихся слоев ( а не перпендикулярно к их поверхностям, как силы упругости) и зависят от их относительных скоростей. При движении жидкости в трубке с наибольшей скоростью перемещается слой, расположенный по оси трубки, а по мере приближения к стенке скорость движения уменьшается. На движущийся тонкий слой жидкости (толщиной hello_html_m4e145c22.gif) с площадью поверхности S со стороны соседнего слоя действует сила трения:


hello_html_1ba69bd5.gif, (1)


где hello_html_m77b294c2.gif- коэффициент внутреннего трения или коэффициент вязкости. Величина hello_html_4f2ef978.gif показывает, как сильно изменяется скорость течения при переходе от одного тонкого слоя к другому. Формула (1) получена Ньютоном. Она справедлива и для газов.

Вязкость измеряют специальным прибором – вискозиметром. Вискозиметрия совокупность методов измерения вязкости. Наиболее распространены методы: капиллярный, основанный на законе Пуазейля, падающего внутри жидкости шара, основанный на законе Стокса, ротационный (соосных цилиндров) и ультразвуковой.

Коэффициенты вязкости различных жидкостей сильно отличаются. Так, для воды при 0 0С hello_html_m77b294c2.gif= 1,8 hello_html_m192c93c1.gif, для касторового масла при 18 0С hello_html_m77b294c2.gif= 2,3 hello_html_m192c93c1.gif. Коэффициенты вязкости газов в несколько тысяч раз меньше, чем жидкостей (для воздуха при 0 0С hello_html_m77b294c2.gif= 18 hello_html_m72ee5e32.gif).

Влияние температуры на вязкость жидкостей и газов неодинаково: с повышением температуры вязкость жидкостей быстро уменьшается, а газов растет.

Давление жидкости на стенки сосуда


Сосуд Мариотта представляет собой стеклянную бутыль емкостью

3hello_html_35d698ab.png-4 л, снабженную металлической пробкой, которая ввинчена в металлическую оправу, закрепленную с помощью замазки в гор-лышке бутыли (рис. 1). В пробке сделано отверстие (снабженное сальником), сквозь которое пропущена стеклянная трубка диаметром приблизительно 7-8 мм. Благодаря этому трубку можно пере-двигать в пробке, не опасаясь нарушить

герметичность сосуда. На боковой поверх-ности сосуда на разных высотах сделано три маленьких отверстия диаметром 1-2 мм одно под другим. Края отверстий охвачены металлическими оправами.

Рис. 1 Отверстия можно плотно закрывать небольшими металлическими пробками.

1-й опыт. Сосуд Мариотта заполняют почти полностью водой, трубку А поднимают так, чтобы нижний ее конец был расположен выше уровня воды в сосуде, и вынимают все три пробки. Жидкость вытекает из отверстий в виде параболических струй, вытянутых в разной степени по отношению к горизонтальной плоскости. Положение струй в пространстве определяется различным давлением жидкости на стенки сосуда на уровнях отверстий. Следует обратить внимание, что струя, вытекающая из среднего отверстия, падает дальше, чем другие струи, если измерять расстояние относительно плоскости, проведенной через дно сосуда. Если опустить нижний конец трубки А в воду, то расстояния, на которые бьют струи, сразу уменьшаться. Если трубку А опустить до уровня верхнего отверстия, то вода перестанет вытекать из него.

2-й опыт. Сосуд вновь заполняют водой, трубку А опускают так, чтобы нижний конец ее был расположен между вторым и третьим отверстиями, и вынимают только третью пробку. Теперь дальность полета струи, вытекающей из третьего отверстия, не изменяется во времени, так как вода вытекает все время под постоянным давлением, равным атмосферному, сложенному с давлением столба воды высотой аb (рис. 1). Это постоянство траектории струи, вытекающей из третьего отверстия, наблюдается до тех пор, пока уровень жидкости в сосуде не дойдет до нижнего конца трубки А. Таким образом, сосуд Мариотта можно использовать для питания водой какой-либо установки, где необходимо обеспечить в течение некоторого времени протекание воды с постоянной скоростью.


Определение вязкости жидкости по скорости истечения через капилляр


Рассмотрим стационарный поток жидкости, ламинарно текущей через капилляр круглого сечения (рис.2). Мысленно выделим в жидкости цилиндр радиуса r и длины hello_html_5d7ba65f.gif. Обозначим давление на его торцах через Р1 и Р2. В стационарных условиях сила давления на цилиндр (Р1 – Р2)hello_html_32ec106b.gif уравновешивается силой трения, действующей на цилиндр со стороны наружных слоев жидкости. Эта сила равна hello_html_m73dda0bd.gifгде S- поверхность цилиндра, hello_html_m428def4d.gif- вязкость, hello_html_m4f4af8bd.gifградиент скорости. Заменяя S через hello_html_55f39970.gif и приравнивая к нулю сумму сил, действующих на цилиндр, получим:


hello_html_2518d397.gif+hello_html_25749b4e.gif.


Интегрируя это равенство, найдем:


hello_html_m1a677a66.gif

где С- константа интегрирования, которая

должна быть найдена из граничных условий. Чhello_html_79c22499.png
тобы найти её, заметим, что скорость жидкости обращается в нуль при радиусе трубки R, где жидкость «прилипает» к стенкам. Имеем, следовательно:


hello_html_m49a83d5e.gif (2)


Таким образом, скорость жидкости квадратично меняется с радиусом и макси-

Рис.2 мальна на оси трубки (при r = 0).

Расход жидкости Q, т.е. объем, ежесекундно протекающий через поперечное сечение трубки, равен:


hello_html_c70ab77.gif (3)


Формула (3) носит название формулы Пуазейля. Она показывает, что вязкость жидкости можно определить, измеряя ее расход Q, перепад давления Р12, длину трубки hello_html_5d7ba65f.gif и ее радиус R.

Прежде чем применять формулу Пуазейля к конкретным расчетам, всегда следует убедиться в том, течение жидкости является ламинарным. В реальной жизни мы редко встречаемся с ламинарным течением. Движение воды в водопроводе и в реке, движение воздуха в атмосфере практически всегда оказывается турбулентным. Разделить эти два режима можно, исследуя зависимость расхода от давления. При ламинарном течении расход пропорционален давлению, а при турбулентном – корню квадратному из него. Характер течения жидкости зависит от числа Рейнольдса Re, которое определяется с помощью формулы:


hello_html_524f00a1.gif, (4)


гдеhello_html_m3c253400.gif- скорость потока,hello_html_62de3cd1.gif - радиус трубки, hello_html_644d471.gif- плотность жидкости, hello_html_m428def4d.gif- ее вязкость. В гладких трубках круглого сечения течение имеет ламинарный характер, если Re < 1000.

Ламинарное движение жидкости при переходе ее из широкого сосуда в капилляр устанавливается не сразу, а после того, как она пройдет расстояние hello_html_5d7ba65f.gif:


hello_html_67a475e8.gif (5)


Формула (3) дает надежные результаты лишь в том случае, если длина капилляра во много раз больше hello_html_5d7ba65f.gif.




Измерение вязкости воды.


Установка для измерения вязкости воды изображена на рис. 3. Вода заполняет сосуд Мариотта и вытекает через калиброванную капиллярную трубку, укрепленную в нижней части ее боковой стенки.

Сосуд Мариотта hello_html_m7f0d5f5c.png
позволяет поддержи-вать постоянным перепад давления Р1 – Р2 на концах капилляра. Величина этого перепада определяется высотой столба h жидкости между осью капилляра и нижним концом вертикальной трубки В, вставленной в сосуд Мариотта. Вы-

сота столба измеряется с помощью микроскопа М, укрепленного на вертикально переме-щающемся плунжере. Рис. 3

Смещение плунжера

определяется по миллиметровой шкале, снабженной нониусом. Объем вытекающей жидкости измеряется мензуркой П.. Время истечения определяется по секундомеру. Длина капиллярной трубки измеряется миллиметровой линейкой, диаметр – прибором для измерения радиуса капиллярной трубки. На измерение диаметра капилляра нужно обратить особое внимание, поскольку он входит в формулу (2) в четвертой степени и точность его измерения во многом определяет погрешность опыта.


Прибор для измерения радиуса капиллярной трубки. Прибор состоит из подставки 1, штанги телескопического типа 2, платформы для закрепления зрительной трубки 3, зрительной трубки 4, микрометрического винта 5 (рис. 4). Подставка от лабораторного столика с изменяющейся высотой. Штанга представляет собой металлическую трубку, на верхнем конце которой установлена платформа, на которую закрепляется зрительная трубка. Снизу в металлическую трубку вставлена штанга, на которой по всей длине нарезана резьба и навинчена

рhello_html_1ef65365.png
hello_html_m2724433d.gifhello_html_6e5d4079.gifhello_html_m3efb526b.gifегулировочная гайка 6. Нижний конец штанги упирается в микрометрический винт, состоящий из неподвижной шкалы 7 и круговой шкалы 8, нанесенной на головке винта. Зрительная трубка от телескопа, но с усовершенствованной оптической системой,

пhello_html_26725a7c.gifhello_html_m68767ad2.gifригодной для предлагаемых в работе измерений. У этой трубки, без переделки, расстояние, на котором предметы видны резко, большое (более 60 см). У зрительной трубки от микроскопа - это расстояние мало (несколько миллиметров).

У предлагаемой нами трубки расстояние, на котором предметы видны резко, составляет 10-12 см, что вполне удобно для наших измерений. Рис. 4

Внутри зрительной трубы имеется нить, используемая для совмещения с измеряемым объектом.

Чтобы измерить диаметр капиллярной трубки, нужно:

1. Установить микрометрический винт 5 в нулевое положение (или записать уже имеющееся).

2. Получить резкое изображение торца капилляра в объективе и, завинчивая или вывинчивая регулировочную гайку 6, совместить нить, внутри зрительной трубки, например, с верхней кромкой капиллярной трубки.

3. Заворачивая или выворачивая микроскопический винт 5 совместить нить с нижней кромкой капиллярной трубки.

4. Найти разность показаний микрометрического винта, это и есть искомая величина (рис.5).

hello_html_m59f907e8.gifПорядок проведения измерений.

hello_html_7d227518.gifhello_html_6fb1955b.gif1. Измерьте внутренний диаметр капилляр-

ной трубки. Для этого трубку, вставленную в ре-

зhello_html_57ae547.gifиновую пробку, закрепите в стойке штатива и, hello_html_2e85d6ba.gifh

с помощью прибора для измерения ее радиуса,

произведите необходимые измерения. Измерьте

диаметр капилляра по нескольким направлениям

сhello_html_7d227518.gifначала на одном, а затем на другом торце трубки.

Полученные результаты усредните.

Измерьте длину капиллярной трубки милли-

метровой линейкой. Рис. 5

2. Вставьте капиллярную трубку в боковое отверстие А сосуда Мариотта, уплотнив соединение резиновой пробкой. Закройте капиллярную трубку резиновой пробкой С. Налейте в сосуд

дистиллированную воду и плотно закройте горловину сосуда пробкой со вставленной в нее трубкой В.

Снимите с капиллярной трубки пробку С; при этом вода начнет вытекать в химический стакан. Подождите, пока на нижнем конце трубки В не появятся пузырьки воздуха. После этого в сосуде установится нужное распределение давления, и можно приступать к измерению расхода воды.

3. Замерьте по секундомеру время hello_html_mc77ff6d.gif, в течение которого мензурка наполняется до объема 20-25 см3. Повторите измерения и убедитесь, что время hello_html_mc77ff6d.gifне зависит от уровня воды в сосуде Мариотта, а определяется глубиной погружения трубки В.. Закройте капилляр пробкой С.

4. С помощью микроскопа, укрепленного на горизонтальной стойке, измерьте расстояние h между осью горизонтально расположенного капилляра и нижним концом трубки В. Перепад давлений hello_html_8d3eb40.gif между концами капилляра, выраженный в миллиметрах водяного столба, не равен h, а содержит поправку hello_html_m3ae64d52.gif, обусловленную силами поверхностного натяжения. Высоту hello_html_m3ae64d52.gifможно измерить следующим образом. Постепенно опуская трубку В, оставьте ее на такой высоте hello_html_m3ae64d52.gif, при которой вода перестанет вытекать из капилляра. Это значит, что давление столба воды hello_html_m3ae64d52.gifмежду осью капилляра и нижним торцом трубки В уравновесилось силами поверхностного натяжения пузырька, возникающего в конце трубки В.

5. Поднимите трубку В настолько, чтобы высота h была в 2 – 3 раза больше hello_html_m3ae64d52.gif, и определите время hello_html_mc77ff6d.gif, за которое через капилляр вытекает hello_html_m41d46b21.gif воды. Измерьте высоту h. Тогда hello_html_m5a6a8556.gif.

6. Проверьте при помощи формулы (4), что в каждом из опытов в капилляре устанавливалось ламинарное течение. По формуле (5) оцените длину hello_html_5d7ba65f.gif участка капилляра, на котором устанавливается ламинарное течение. Для оценки числа Re и hello_html_5d7ba65f.gif можно предварительно принять, что вязкость воды hello_html_74b494f8.gif (Пуаза).

7. Изобразите полученные результаты на графике, отложив по его осям h и Q. Формула (3) показывает, что при ламинарном течении зависимость между h и Q линейна. При нарушении ламинарности разность давлений растет быстрее, чем расход. Поэтому для определения hello_html_m428def4d.gif пригоден только прямолинейный участок графика. Вязкость находится по наклону этого участка. Заметим, что при таком способе определения hello_html_m428def4d.gif, нет надобности определять высоту hello_html_m3ae64d52.gif(величина hello_html_m3ae64d52.gifотсекается прямой Q(h) на оси h при Q = 0). Определите вязкость воды и оцените погрешность полученного результата. Сравните найденные из графика значения hello_html_m3ae64d52.gif со значением, измеренным в п.4.



Определение вязкости жидкости по скорости истечения через капилляр.

  1. Измерение внутреннего диаметра капиллярной трубки.


Таблица 1


№ измерения

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Диаметр трубки, d, мм.


4,48


4,7


4,6


4,65


4,58


4,52


4,46


4,63


4,54


Среднее значение диаметра капиллярной трубки:


dср= hello_html_67f74788.gif

Погрешность измерения диаметра капиллярной трубки: hello_html_48eaede7.gif


hello_html_m5ce985d8.gifhello_html_m41c65bf2.gif

Значение диаметра капиллярной трубки: d = 4,57±0,07 мм.


  1. Измерение длины капиллярной трубки миллиметровой линейкой.


Длина капиллярной трубки: ℓ= 430±0,5 мм


Таблица 2


Высота h1, мм

44,31

Время t, с

10,4

9,87

10,4

9,93

9,51

9,48

9,54

9,64

tср=9,85

Расход воды Q,см3

4,81

5,07

4,81

5,04

5,26

5,27

5,24

5,19

Qср= 5,09


Высота h1, мм

31,22

Время t, с

13

12,6

12,4

11,9

13,1

13,2

11,8

12,4

tср=12,6

Расход воды Q,см3

3,8

3,9

4,0

4,2

3,8

3,7

4,2

4,0

Qср= 3,95


Высота h2, мм

28,44

Время t, с

15,67

13,97

13,89

14,71

15,03

14,81

14,94

14,64

tср=14,71

Расход воды Q,см3

3,19

3,58

3,62

3,39

3,32

3,38

3,37

3,42

Qср= 3,41


Высота h3, мм

19,38

Время t, с

18,52

19,63

18,14

19,23

18,47

19,44

18,38

19,47

tср=18,91

Расход воды Q,см3

2,69

2,55

2,76

2,60

2,71

2,57

2,72

2,57

Qср= 2,65

3. Измерение поправки на давление hello_html_m3ae64d52.gif, обусловленной силами поверхностного натяжения:

поправка hello_html_m3ae64d52.gif=9,21±0,01мм


  1. Измерение расхода жидкости Q, т.е. объема жидкости, ежесекундно протекающей через поперечное сечение трубки, приведены в таблице 2.

В ней указано время t, за которое по капиллярной трубке протекает 50 см3 при различных значениях высоты h, определяющей давление в капиллярной трубке, и расход жидкости:


5. При помощи формулы (4) проверим, что в каждом из опытов в капилляре устанавливалось ламинарное течение. Для этого вычислим скорость течения жидкости в трубке.


hello_html_4e174444.gif

подставив значение скорости в формулу (4), получим:


hello_html_524f00a1.gif=hello_html_2ce7ba99.gif

В гладких трубках круглого сечения течение имеет ламинарный характер, если Re < 1000.


6. По формуле (5) оценим длину hello_html_5d7ba65f.gif участка капилляра, на котором устанавливается ламинарное течение. Ламинарное движение жидкости при переходе ее из широкого сосуда в капилляр устанавливается не сразу, а после того, как она пройдет расстояние hello_html_5d7ba65f.gif:


hello_html_67a475e8.gif= hello_html_m65ce6ff4.gif

Длина нашей трубки равна 43 см, что достаточно для установле-ния ламинарного течения.


7. Вычислим значение коэффициента вязкости воды по формуле (3) для различных значений h и Q:


hello_html_71d610d4.gif


hello_html_455fb41b.gif


hello_html_m4087aea5.gif


hello_html_6ea4d108.gif

Среднее значение коэффициента вязкости равно:


hello_html_72c56e19.gif



Погрешность измерения коэффициента вязкости равна:


hello_html_m3ab5e6c1.gif

По результатам измерения вязкости воды, получим:


hello_html_m73d9b070.gif





















Заключение.


Изучив доступную литературу по данной теме и проделав определен-ную работу, мне удалось:

1. Сконструировать прибор на основе зрительной трубки и микро-метрического винта, который позволяет измерять перемещения с точностью до 0,01мм.

2. Собрать экспериментальную установку для проведения опытов по вычислению коэффициента вязкости жидкости по скорости течения через капилляр.

3. Использовать методику проверки характера установившегося течения жидкости с помощью числа Рейнольдса.

4. Вычислить коэффициент вязкости дистиллированной воды предложенным методом, который, в пределах экспериментальной погрешности измерений, совпадает с табличным значением.

В ходе проделанных мною экспериментов, я убедился в эффективности предложенной методики определения вязкости жидкости по скорости течения через капиллярные трубки.

Это, во-первых, простота проведения измерений. Необходимо замерять расход жидкости, время ее протекания через капилляр и высоту столба жидкости над ним. Этого достаточно для вычисления коэффициента вязкости.

Во-вторых, высокая точность результата. Так как в формуле Пуазейля расход жидкости пропорционален четвертой степени радиуса, то точность его измерения в большей степени влияет на погрешность измерений.

























Список использованной литературы


1. М.А. Грабовский. Лекционные демонстрации по физике.- М., издательство

«Наука», 1972 г.

2. Л.Л. Гольдин. Лабораторные занятия по физике.- издательство «Наука»,

1983 г.

3. Я.И. Перельман. Занимательная физика (книги 1и2).-М., издательство

«Наука»,1991 г.

4. Г.С. Ландсберг. Элементарный учебник физики (том 1).-М., издательство

«Наука»,1975 г.

5. В.А. Лободюк. Справочник по элементарной физике.- Киев, издательство

«Наукова думка», 1975 г.

6. Б.М. Яворский. Справочное руководство по физике. - М., издательство

«Наука», 1984 г.

7. Физика. Учебник для 10 класса. Алматы. издательство «Мектеп», 2006 г.

8. Физика. Учебник для 10 класса. Алматы. издательство «Мектеп», 2006 г.

9. Физический практикум для классов с углубленным изучением физики.-М., издательство «Просвещение», 2002 г.



















Самые низкие цены на курсы переподготовки

Специально для учителей, воспитателей и других работников системы образования действуют 50% скидки при обучении на курсах профессиональной переподготовки.

После окончания обучения выдаётся диплом о профессиональной переподготовке установленного образца с присвоением квалификации (признаётся при прохождении аттестации по всей России).

Обучение проходит заочно прямо на сайте проекта "Инфоурок", но в дипломе форма обучения не указывается.

Начало обучения ближайшей группы: 27 сентября. Оплата возможна в беспроцентную рассрочку (10% в начале обучения и 90% в конце обучения)!

Подайте заявку на интересующий Вас курс сейчас: https://infourok.ru

Краткое описание документа:

О работе ученика 11 класса средней школы имени Имангали Блтабанова Блтабанова Дархана на тему: «Определение вязкости жидкости по скорости истечения через капилляр».

Работа, проведенная Дарханом, носит экспериментальный характер. Для ее выполнения необходима определенная теоретическая и практическая подготовка учащегося. В процессе ее выполнения учащийся получает не только ответ на поставленную перед ним цель. Выполнение работы предполагает проявление сообразительности и пытливости характера. Для подготовки и отладки лабораторной установки к проведению эксперимента пришлось искать ответы на многие «нестыковки», проявляющиеся в условиях нехватки лабораторного оборудования в сельской школе. Например, для измерения внутреннего диаметра капиллярной трубки и высоты, определяющей перепад давлений внутри нее, был придуман и изготовлен прибор на основе зрительной трубки от телескопа и микрометрического винта от спектроскопа. В ходе выполнения работы ученик изучил научно-популярную литературу по интересующему его вопросу. Чтобы удостовериться в правильности поставленной гипотезы, провел опыты по доказательству того, что в каждом из опытов в капилляре устанавливалось ламинарное течение, оценил длину участка капилляра, на котором оно устанавливалось, учел поправку на перепад давлений, обусловленную силами поверхностного натяжения, определил вязкость дистиллированной воды. Ценность данного проекта заключается в том, что исследование может быть предложено для постановки, как лабораторная работа для физического практикума в средней школе при углубленном изучении физики, а также для ВУЗов. Навыки, полученные Дарханом в ходе его выполнения, помогут ему в дальнейшей учебе и привитии интереса к исследовательской деятельности.

Общая информация

Номер материала: 312410

Похожие материалы

2017 год объявлен годом экологии и особо охраняемых природных территорий в Российской Федерации. Министерство образования и науки рекомендует в 2017/2018 учебном году включать в программы воспитания и социализации образовательные события, приуроченные к году экологии.

Учителям 1-11 классов и воспитателям дошкольных ОУ вместе с ребятами рекомендуем принять участие в международном конкурсе «Законы экологии», приуроченном к году экологии. Участники конкурса проверят свои знания правил поведения на природе, узнают интересные факты о животных и растениях, занесённых в Красную книгу России. Все ученики будут награждены красочными наградными материалами, а учителя получат бесплатные свидетельства о подготовке участников и призёров международного конкурса.

Конкурс "Законы экологии"