Úkol
Cílem úlohy je měřením stanovit dynamickou i kinematickou viskozitu kapaliny, měřenou
kapalinou bude glycerín, pro měření použijte 3 různé kuličky.
Pomůcky
Odměrný válec s glycerínem, pinzeta, tři různé kuličky, laboratorní váhy, mikrometr,
hustoměr, stopky
Teorie úlohy
Doplníte sami to, co je zde uvedeno.
K zavedení dynamické viskozity vede následující úvaha: Rychlost proudění kapaliny v trubici
není v celém průřezu stejná. Největší je v ose trubice, nulová je při stěnách. Je to způsobeno
vnitřním třením (viskozitou). Změnu rychlosti jednotlivých vrstev vůči sobě udává gradient
rychlosti
dz
dv
, kde v je rychlost a z je vzdálenost vrstev. Tečné napětí τ, které udává sílu
připadající na jednotku plochy, má pak velikost τ = η
dz
dv
, kde η je dynamická viskozita. Tato
veličina je charakteristická pro každou kapalinu.
Pak uveďte, že rozlišujeme dynamickou a kinematickou viskozitu, pro obě z nich uveďte, co
v podstatě charakterizují, základní vztahy pro obě z nich plus jednotky v SI.
Pohybuje-li se těleso v kapalině, je brzděno. Velikost odporové síly udává Stokesův zákon. Pro
těleso tvaru koule platí
F = 6πηrv,
kde η je dynamická viskozita, r poloměr koule a v je rychlost pohybu tělesa.
Padá-li těleso v kapalině, pohybuje se zpočátku zrychleně, ale po dosažení tzv. mezní
rychlosti rovnoměrně. Na těleso totiž kromě tíhové síly Fg působí síla F odporu kapaliny a
vztlaková síla Fvz. Platí (zápis níže je skalárně, podřaďte zápis ve vektorovém tvaru):
F = Fg - Fvz
6πηrv = Vρg – VρK g,
kde V je objem koule, ρ hustota koule, ρK hustota kapaliny, g tíhové zrychlení.
Po dosazení a úpravě pro dynamickou viskozitu platí:
Slezská univerzita v Opavě – Fyzikální ústav
Fyzikální praktikum I – Mechanika a molekulová fyzika
Jméno: Ročník, obor: Vyučující: Datum měření:
Spolupracující:
Název úlohy:
Měření viskozity kapalin
Datum odevzdání:
Číslo úlohy: Hodnocení:
η =
9v
2g
(ρ - ρK) r2
Dále uveďte, jak dopočítáte kinematickou viskozitu.
Vlastní měření
Pro měření zvolíme tento postup:
1. Určíme hmotnost kuličky a její poloměr. Protože kulička má malou hmotnost, zvážíme
pět kuliček, vážení provádíme metodou 3 kyvů (tabulky tomu musí odpovídat). Potom
spočteme hmotnost jedné kuličky. Z naměřených hodnot vypočtěme hustoty kuliček.
2. Hustoměrem určíme hustotu glycerínu.
3. Na válci jsou dvě značky ve vzdálenost l = 0,22 m. Do válce ponořte pinzetou malou
skleněnou kuličku a změřte dobu pohybu mezi oběma značkami. Měření opakujte
desetkrát.
4. Vypočtěte rychlost pohybu kuličky a dynamickou viskozitu glycerínu.
5. Měření a výpočty proveďte pro další dvě kuličky.
6. Výslednou dynamickou viskozitu glycerínu určete jako aritmetický průměr viskozit
určených pro různé kuličky.
- následuje kompletní měření se zpracováním výsledků – viz Protokol - vzor
Závěr
Porovnejte a zhodnoťte výsledky měření, výsledky měření pro obě viskozity uveďte v Závěru.