用落球法测量液体的粘滞系数.doc

实验报告 实验题目：落球法测定液体的黏度实验目的：本实验的目的是通过用落球法测量油的粘度，学习并掌握测量的原理和方法。实验原理：1、 斯托克斯公式粘滞阻力是液体密度、温度和运动状态的函数。如果小球在液体中下落时的速度v很小，球的半径r也很小，且液体可以看成在各方向上都是无限广阔的 （1）是液体的粘度，SI制中，的单位是2、 雷诺数的影响雷诺数Re来表征液体运动状态的稳定性。设液体在圆形截面的管中的流速为v，液体的密度为0，粘度为，圆管的直径为2r，则 （2）奥西思-果尔斯公式反映出了液体运动状态对斯托克斯公式的影响： （3）式中项和项可以看作斯托克斯公式的第一和第二修正项。随着Re的增大，高次修正项的影响变大。3、 容器壁的影响考虑到容器壁的影响，修正公式为 （4）4、 的表示因F是很难测定的，利用小球匀速下落时重力、浮力、粘滞阻力合力等于零，由式（4）得（5） （6） a.当Re0.1时，可以取零级解，则式（6）就成为 （7）即为小球直径和速度都很小时，粘度的零级近似值。b.0.1Re0.5时，还必须考虑二级修正，则式（6）变成 或 （9）实验内容:1、利用三个橡皮筋在靠近量筒下部的地方，分出两个长度相等的区域，利用秒表测量小球通过两段区域的时间，调整橡皮筋的位置，并保持两段区域等长，寻找两次测量时间相等的区域，测出两段区域总长度l。2、选用大、中、小三种不同直径的小球进行实验。3、用螺旋测微器测定6个同类小球的直径，取平均值并计算小球直径的误差。4、将一个小球在量筒中央尽量接近液面处轻轻投下，使其进入液面时初速度为零，5、分别测出6个小球通过匀速下降区l的时间t，然后求出小球匀速下降的速度。6、用相应的仪器测出R、h和0，各测量三次及液体的温度T，温度T应取实验开始时的温度和实验结束时的温度的平均值。应用式（7）计算0。7、计算雷诺数Re，并根据雷诺数的大小，进行一级或二级修正。数据记录处理:1、基本数据：钢球密度=7.8g/ 油的密度=0.9615g/ 重力加速度g=979.47cm/ 初始温度T=25.4 实验后温度T=24.12、量筒参数：123液面高度 h/cm29.9029.9229.9329.920.0150.009匀速下降区l/cm 12.80 12.83 12.81 12.810.0150.009量筒直径 D/cm 8.790 8.800 8.792 8.7940.0050.003计算置信度P=0.68下的不确定度，t=1.32, =0.05 cm， C=3，=0.002 cm，a. =29.92cm = 0.02 cm液面高度 h=（29.920.02）cmb. =12.81cm =0.02 cm匀速下降区l=（12.810.02）cmc. =8.794cm =0.004 cm量筒直径D=（8.7940.004）cm3、三种小球直径d及下落时间t：123456d1/mm2.9882.9862.9852.9882.9892.9842.9870.00200.0008t1/s3.263.253.293.253.313.223.260.03200.0131D2/mm2.3592.3592.3552.3572.3582.3572.3580.00150.0006t2/s5.125.135.205.205.195.225.180.04130.0169D3/mm1.5551.5571.5541.5571.5591.5561.5560.00180.0007t3/s11.5311.5411.5411.5611.5211.5311.540.01370.0056(1) 计算直径在置信度P=0.68下的不确定度，t=1.11, =0.01 mm， C=3a. =2.987 mm,= 0.003 mm, d1=(2.9870.003)mm;b. =2.358 mm,= 0.003 mm, d2=(2.3580.003)mm;c. =1.556 mm,= 0.003 mm, d3=(1.5560.003)mm.(2)计算小球下落速度:a. t1=3.26s ，0.0393m/s b. t2=5.18s ，0.0247m/sc. t3=11.54s ，0.0111m/s计算液体黏度：a. 第一种球: = 0.770 Pas, =0.29, 因为0.1Re0.5进行一级修正, =0.751 Pas, =0.30,故利用第一种球测得的黏度=0.751 Pas.b. 第二种球: =0.777 Pas, =0.14, 因为0.1Re0.5进行一级修正,=0.766 Pas, =0.15,故利用第二种球测得的黏度=0.766 Pas.c. 第三种球: =0.772, =0.04, 因为Re0.1,取零级解,故利用第三种球测得的黏度=0.772 Pas最终结果：第一种球测得黏度：=0.751 Pas第二种球测得黏度：=0.766 Pas第三种球测得黏度：=0.772 Pas思考题：1、假设在水下发射直径为1m的球形水雷，速度为10m/s，水温为10，试求水雷附近海水的雷诺数。答:海水密度近似等于1.02 g/ , 则2、设容器内N1和N2之间为匀速下降区，那么对于同样材质但直径较大的球，该区间也是匀速下降区吗？反过来呢？答: 不一定，因为半径不同，则球的重力G，所受的浮力F和粘滞阻力f都会有所不同，达到受力平衡G=F+f的时间和位移量也不一定不同，因此未必也是打球的匀速下降区。 反过来也未必成立，影响粘滞阻力f的因素很多，综合作用也可能使不同半径的球受力平衡G=F+f的时间和位移量相同，有同样的匀速下降区。 （注：专业文档是经验性极强的领域，无法思考和涵盖全面，素材和资料部分来自网络，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注）