Определение коэффициента вязкости жидкости Работу выполнила: ученица 10 класса МОУ Новоспасской СОШ Мухаметшина Ксения Рустамовна Руководитель: Довбыш. - презентация

1 Определение коэффициента вязкости жидкости Работу выполнила: ученица 10 класса МОУ Новоспасской СОШ Мухаметшина Ксения Рустамовна Руководитель: Довбыш Н.А учитель физики высшей категории

2 Цель работы: Поиск оптимальных методов определения коэффициента внутреннего трения жидкости (вязкости); выяснить от каких параметров он зависит. Поиск оптимальных методов определения коэффициента внутреннего трения жидкости (вязкости); выяснить от каких параметров он зависит. Задачи исследования: 1.Изучить литературу по теме исследования. 2.Выделить методы определения коэффициента внутреннего трения. 3.Подготовить оборудование, необходимое для выполнения эксперимента. Выполнить эксперимент. 4.Собрать и обработать данные, свести их в таблицы и провести анализ результатов. Сделать выводы. 5.Показать практическую значимость определения коэффициента внутреннего трения.

3 Методика исследования Предмет исследования: водопроводная вода, солёная вода, сладкая вода, керосин, подсолнечное масло, глицерин, спирт, касторовое масло, машинное масло. Предмет исследования: водопроводная вода, солёная вода, сладкая вода, керосин, подсолнечное масло, глицерин, спирт, касторовое масло, машинное масло. Для определения коэффициента внутреннего трения жидкости или газа применяется два метода: Для определения коэффициента внутреннего трения жидкости или газа применяется два метода: метод Стокса и метод Пуазейля. метод Стокса и метод Пуазейля. Метод Стокса основан на измерении скорости медленно движущихся в жидкости небольших тел сферической формы. Метод Стокса основан на измерении скорости медленно движущихся в жидкости небольших тел сферической формы. Метод Пуазейля основан на ламинарном течении жидкости в тонком капилляре. Метод Пуазейля основан на ламинарном течении жидкости в тонком капилляре.

4 Практическая часть Эксперимент 1: Определение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса Оборудование: Стеклянный цилиндрический сосуд с нанесенными на нем двумя горизонтальными метками, исследуемая жидкость, штангенциркуль, секундомер, шарики из пластмассы, пластилина и стали, пинцет, линейка. Порядок выполнения работы: Измерить диаметр шарика штангенциркулем Измерить расстояние l между метками на стеклянном цилиндре линейкой Измерить время t падения шарика между метками с помощью секундомера. 4. Измерить температуру жидкости термометром Найти по таблице плотность исследуемой жидкости для измеренной температуры и плотность шарика Вычислить коэффициент внутреннего трения жидкости по формуле:

5 Эксперимент 1.1 Оборудование: исследуемая жидкость: вода, температура которой 10˚С, а плотность ρ=1000 кг/м 3 ; цилиндрический сосуд диаметром - 5,5·10 -2 м, высота уровня воды в сосуде - 50·10 -2 м; шарики (пластмассовый, стальной, пластилиновый); термометр.

6 Таблица 1. Определение коэффициента вязкости холодной воды r ш, мl, мt, cМатериал шарика Плотность шарика кг/м 3 η э, Па·с 11,83412,36пластмасса13500,44 21,93311,49пластмасса0, ,02пластмасса0,51 42,13110,59пластмасса0,56 52,23211,12пластмасса0, ,33пластилин14000, ,93пластилин0,73 84,5111,4сталь78003,8 Вывод: В результате проделанного опыта я определила коэффициент внутреннего трения воды при температуре t = 10˚С. Из таблицы видно, что среднее значение коэффициента вязкости для пластмассовых шариков: 0,52 Па·с; для пластилиновых шариков: 0,77 Па·с и стали – 3,8 Па·с Плотность вещества, из которого сделан шарик, влияет на результат определения коэффициента внутреннего трения: чем плотность больше, тем полученное значение коэффициента внутреннего трения больше.

7 Зависимость вязкости жидкости от плотности тела, движущегося в жидкости

8 Вывод: С увеличением плотности шарика коэффициент внутреннего трения увеличивается. Но, коэффициент внутреннего трения жидкости (в пределах исследуемой жидкости) не должен зависеть от плотности шарика. Шарик является лишь средством для измерения коэффициента вязкости. Расчетная формула для определения коэффициента вязкости в опыте: Величины l, t определялись экспериментально. l – путь равномерного движения шарика. Путь равномерного движения шарика определялся в опыте на глаз. Известно, что, чем больше плотность шарика, тем больше нужно времени для установления равномерного движения. Из расчетной формулы видно, что, чем больше скорость равномерного движения, тем меньше коэффициент вязкости. Так как в результате опыта было установлено, что с увеличением плотности шарика коэффициент внутреннего трения увеличивается, то можно сделать вывод, что путь равномерного движения был установлен не точно, то есть реальная скорость равномерного движения шарика была гораздо больше. Это и является причиной того, что в результате опыта было установлено, что с увеличением плотности шарика коэффициент внутреннего трения увеличивается.

9 Эксперимент 1.2 Оборудование: исследуемая жидкость: вода, температура которой 40˚С, а плотность ρ=1000 кг/м 3 ; цилиндрический сосуд диаметром- 5,5·10 -2 м, высота уровня воды в сосуде - 50·10 -2 м; шарики (пластмассовый, стальной, пластилиновый); термометр.

10 Таблица 2. Определение коэффициента вязкости горячей воды. r ш, мl, мt, cМатериал шарика Плотность шарика кг/м 3 η э, Па·с 11,829,56,65пластмасса13500,27 21,9315,86пластмасса0, ,28пластмасса0,26 42,1296,3пластмасса0,36 52,2276,38пластмасса0, ,57пластилин14000, ,63пластилин0,32 84,5151,13сталь78002,3 Вывод: из таблицы видно, среднее значение коэффициента вязкости для пластмассовых шариков: 0,31 Па·с ; для пластилиновых шариков: 0,33 Па·с ; а стали - 2,3 Па·с. Коэффициент вязкости горячей воды меньше коэффициента вязкости холодной воды. Следовательно, коэффициент вязкости воды сильно зависит от температуры. Это связано с различиями в характере движения молекул. При понижении температуры вязкость некоторых жидкостей настолько возрастает, что они теряют способность течь.

11 Зависимость коэффициента вязкости от температуры жидкости температуры жидкости 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3, Температура 0 С Коэффициент вязкости Па с Пластмасса Пластилин Сталь График зависимости коэффициента вязкости от С увеличением температуры коэффициент внутреннего трения жидкости уменьшается. Это связано с характером движения молекул в жидкости.

12 Коэффициент вязкости мПа с

13 Эксперимент 1.3. Оборудование: исследуемая жидкость: вода солёная (концентрация n = 60 г/л), температура -10˚С, а плотность ρ=1030 кг/м 3 ; сладкая вода (концентрация n = 60 г/л), температура -10˚С, а плотность ρ = 842 кг/м 3 Таблица 3. Определение коэффициента вязкости соленой воды. r ш, мl, мt, cМатериал шарика Плотность шарика кг/м 3 η э, Па·с 11,8329,32пластмасса13500,37 21,9349,95пластмасса0, ,93пластмасса0,38 42,130,58,05пластмасса0,41 52,2338,43пластмасса0, ,64пластилин14000, ,59пластилин0,41 84,5182,34сталь78003,89

14 Таблица 4. Определение коэффициента вязкости сладкой воды. r ш, мl, мt, cМатериал шарика Плотность шарика кг/м 3 η э, Па·с 11,83220,89пластмасса13500,81 21,93419,95пластмасса0, ,66пластмасса1,24 42,13318,74пластмасса1,02 52,23119,77пластмасса1, ,24пластилин14000, ,13пластилин0,91 84,5192,84сталь78004,59

15 Зависимость коэффициента вязкости от рода жидкости Вывод: среднее значение коэффициента вязкости для пластмассовых шариков:0,4 Пас; для пластилиновых шариков:0,4 Пас и стали 3,89 Па·с. Сравнивая результаты полученные в данном эксперименте с результатами предыдущего опыта я выяснила, что соль влияет на величину коэффициента внутреннего трения. В соленой воде коэффициент вязкости меньше, чем в простой воде (при той же температуре). Вывод: среднее значение коэффициента вязкости для пластмассовых шариков:1,06 Пас ; для пластилиновых шариков:0,84 Пас и стали – 4,59 Па·с. Следовательно, коэффициент вязкости увеличивается в сладкой воде. То есть, сахар увеличивает коэффициент вязкости.

16 Эксперимент 1.5 Оборудование: исследуемая жидкость (температура жидкостей 200С), стальной шарик, плотностью 7800 кг\м3, цилиндрический сосуд, мерная лента, микрометр. Таблица 5. Определение коэффициента вязкости исследуемых жидкостей Метод Стокса Исследуемая жидкость ρ ж, кг\м 3 d ш, мl, мt, cη э, Па·с 1Подсолнечное масло 92630,1730,61 2Керосин82030,233,250,48 3Касторовое масло96030,254,81,02 4Глицерин126030,387,31,33 5Спирт79030,251,30,27 6Машинное масло92030,22,20,37

17 Эксперимент 2 Определение коэффициента внутреннего трения жидкости методом Пуазейля Оборудование: исследуемая жидкость, две медицинские бутылки для внутривенных вливаний, штангенциркуль, секундомер, линейка, резиновые пробки, две стеклянные трубки одинакового диаметра. Порядок выполнения работы: 1. Измерить диаметр трубки штангенциркулем. 2. Измерить длину трубки l линейкой. 3. Измерить время t перетекания определенно­го количества жидкости через трубку известных длины и диаметра с помощью секундомера. 4. Определить объем V исследуемой жидкости по шкале нанесённой на сосуде. 5. Найти по таблице плотность исследуемой жидкости ρ ж. 6. Вычислить коэффициент внутреннего трения жидкости по формуле:

18 Таблица 6 Определение коэффициента вязкости исследуемой жидкости Жидкостьd, мl, мV, м 3 t, cη э, Па·с 1Вода чистая3300, , Вода сладкая3300, , Вода солёная3300, , Подсолнечное масло 3300, мин0,05 5Спирт3300, , Керосин3300, , Глицерин3300,00031,2 час0,9 8Касторовое масло3300, мин0,16 9Машинное масло3300, мин0,104 Вывод: Анализируя полученные в таблицах значения я выяснила, что коэффициент внутреннего трения зависит от свойств среды (температуры, плотности).

19 0 0,5 1 1,5 Зависимость коэффициента вязкости от плотности жидкости Спирт Керосин Машинное масло Подсолнечное масло Касторовое масло Глицерин Вывод: Таким образом, вязкость исследуемых жидкостей, как видно из таблицы и диаграммы имеет различные значения, она зависит от природы жидкости, от её плотности. Вязкость в значительной степени зависит от мольной массы вещества, строения молекул, типа межмолекулярных взаимодействий. Коэффициент вязкости жидкостей представленных в таблице больше вязкости воды.

20 Выводы и рекомендации: 1. В результате проведенных опытов я выяснила, что коэффициент внутреннего трения зависит от свойств среды (температуры, плотности), размеров, плотности тела. 2. Koэффициeнт вязкости жидкости весьма сильно зависит от температуры. С увеличением температуры вязкость жидкостей резко падает. 3. С увеличением плотности шарика коэффициент внутреннего трения увеличивается. 4. Чем больше скорость равномерного движения, тем меньше коэффициент вязкости. 5. Вязкость – измерение внутреннего трения жидкости. Это трение возникает между слоями жидкости при ее движении. Чем больше трение, тем больше силы необходимо приложить, чтобы вызвать движение («сдвиг»). Сдвиг имеет место при физическом перемещении или разрушении жидкости: разливе, растекании, разбрызгивании, перемешивании и т.п. Для сдвига жидкостей с высокой вязкостью необходимо приложить больше силы, чем для маловязких материалов. 6. Измерение вязкости жидкости имеет важную роль в нашей повседневной жизни. Предположим, наша кровь слишком густая, то может возникнуть тромба и вызвать сердечный приступ или инсульт, или если кровь слишком жидкая, может начаться кровотечение, остановить которое бывает сложно в течение нескольких часов. Врачи должны знать о вязкости нашей крови при выполнении операций. С другой стороны, при конструировании химического завода мы разрабатываем систему распределения воды по городской системе водоснабжения. Учитывая средний спрос на воду для города на любой данный момент времени, мы должны знать вязкость воды, каким будет водный поток? Каково давление в трубах? Какие размеры труб будут нужны для строительства? Может ли труба выдержать давление? Все это зависит от вязкости воды. Проблема становится еще более сложной в разработке химических заводов, где много разных жидкостей, кроме воды, и их вязкость должна также учитываться.

21 Рекомендации: 1. Результаты работы можно использовать на уроках физики для активизации познавательной деятельности учащихся. 2. Создание методической копилки для кабинета физики.