Як виміряти в`язкість: 10 кроків (з ілюстраціями)

В`язкість можна визначити як міру опору рідини течією, яке називають також внутрішнім тертям рідини. Візьмемо, наприклад, воду і мед. Вода тече відносно легко, в той час як мед набагато менш текучий. Оскільки мед менш схильний до течією, він володіє більшою в`язкістю, ніж вода. Існує безліч способів виміряти в`язкість, і в найбільш простому наспіл падіння кульки в прозорій ємності з рідиною, в`язкість якої потрібно визначити.

кроки

Частина 1 з 2:

Що таке в`язкість

1. Дізнайтеся, що таке в`язкість. В`язкість визначає опір рідини течією. Рідини з високою в`язкістю, наприклад мед, течуть дуже повільно. У той же час рідини з низькою в`язкістю, такі як вода, перетікають швидко. В`язкість вимірюється в паскалях на секунду (Па · с).

Зображення з назвою Measure Viscosity Step 2

2. Запишіть рівняння в`язкості. В описаному нижче експерименті для визначення в`язкості вимірюється швидкість проходження кульки через рідину. Формула для визначення в`язкості записується як Ю2 (п_ш-п_ж) Ga] / 9v, де п_ш - густина кульки, p_ж - щільність рідини, г - прискорення вільного падіння, а - радіус кульки, в - швидкість кульки.

Зображення з назвою Measure Viscosity Step 3

3. Розглянемо що входять до формулу величини. Щільність предмета визначається як маса на одиницю об`єму і позначається буквою п. У нашій формулі необхідно визначити щільність кульки п_ш і щільність рідини p_ж, через яку він проходить. Щоб визначити радіус кульки а, можна виміряти довжину її кола і поділити її на 2π. Викликане силою вагою прискорення вільного падіння г є константою, яка залежить від планети. Для Землі прискорення вільного падіння становить 9,8 м / с. швидкість кульки в, яка вимірюється в ході експерименту, являє собою пройдену відстань в метрах, поділене на кількість секунд (м / с).

Частина 2 з 2:

Вимірювання в`язкості

1. Підготуйте все, що вам знадобиться для проведення експерименту. Щоб визначити в`язкість рідини, вам будуть потрібні кульку, градуйована Мензурка, лінійка, секундомір, досліджувана рідина, ваги і калькулятор. Даний експеримент складається з декількох кроків, і якщо виконати всі правильно, то можна визначити в`язкість рідини.

Для експерименту підійде невеликий мармуровий або сталева кулька. Його діаметр не повинен перевищувати діаметра мензурки, щоб він міг вільно падати в ній.
Можна взяти досить велику пластикову мензурку з поділками на бічній поверхні, які дозволяють визначити обсяг.
Замість секундоміра можна використовувати звичайний годинник, однак в цьому випадку ви отримаєте менш точні результати.
Рідина повинна бути досить прозорою, щоб ви бачили, як в ній опускається кулька. Спробуйте використовувати різні рідини з різною швидкістю течії, щоб подивитися, як різниться їх в`язкість. Наприклад, можна взяти воду, мед, сироп, рослинне масло і молоко.

Зображення з назвою Measure Viscosity Step 5

2. Розрахуйте щільність кульки. Щоб визначити в`язкість, необхідно знати густина як матеріалу кульки, так і рідини. густина д обчислюється за формулою

д = м / В

, де м - маса предмета, а В - його обсяг.

Покладіть кульку на ваги і виміряйте його масу. Запишіть отриману величину в грамах (g).

Знайдіть об`єм кулі V за допомогою формули V = (4/3) x π x r, де π - константа, рівна 3,14, а р - радіус кулі. радіус кулі можна знайти в такий спосіб: виміряйте довжину її кола, а потім поділіть її на 2π.

Можна також знайти об`єм кулі за кількістю води, яку він витісняє з мензурки. Запишіть первісну висоту рівня води, потім опустіть кулька в воду і відзначте новий рівень води. Відніміть з нового початковий рівень. В результаті ви отримаєте обсяг кульки в мілілітрах (мл).

Обчисліть щільність за формулою

д = м / В

. В результаті у вас вийде щільність в грамах на мілілітри (г / мл).

Зображення з назвою Measure Viscosity Step 6

3. Визначте щільність досліджуваної рідини. Зробіть це за допомогою тієї ж формули.

Спочатку виміряйте масу порожній мензурки. Потім налийте в мензурку рідину і зважте її ще раз. Відніміть з маси мензурки з рідиною масу порожній мензурки - в результаті у вас вийде маса рідини в грамах (г).

Щоб знайти об`єм рідини, просто визначте висоту її рівня в мензурки за допомогою поділок на її бічній поверхні. Запишіть отриманий результат в мілілітрах (мл).

Підставте результати в формулу

д = м / В

, і у вас вийде щільність рідини в грамах на мілілітри (г / мл).

Зображення з назвою Measure Viscosity Step 7

4. Залийте в мензурку рідину і зробіть на ній мітки. Заповніть мензурку досліджуваної рідиною і поставте на бічній поверхні мітки. Повільно залийте в мензурку рідину, так щоб заповнити її приблизно на ½-¾.

Намалюйте мітку в верхній частині мензурки приблизно на 2,5 сантиметра нижче рівня рідини.

Поставте другу мітку приблизно на 2,5 сантиметра вище дна мензурки.

Виміряйте відстань між верхньою і нижньою міткою. Прикладіть до нижньої мітці початок лінійки і виміряйте відстань до верхньої мітки.

Зображення з назвою Measure Viscosity Step 8

5. Виміряйте час, за яке кулька долає відстань між мітками. Опустіть кульку в рідину і запустіть секундомір, коли нижній край кульки зрівняється з верхньою міткою. Зупиніть секундомір, коли кулька досягне нижньої мітки.

Дані вимірювання складніше проводити на рідинах з низькою в`язкістю, оскільки в них кульку падає швидше ізасечь точний час буває непросто.

Повторіть цей крок щонайменше три рази (чим більше вимірів ви зробите, тим точніше вийде результат) і визначте за трьома величинам середнє значення. Щоб знайти середнє значення, складіть всі отримані результати і поділіть їх на число вимірів.

Для даного методу найкраще використовувати досить маленький кулька - в цьому випадку потік рідини навколо кульки буде дійсно в`язким і далеким від турбулентного. Крім того, кулька повинен бути досить малий у порівнянні з мензуркою, щоб під час падіння відстань між ним і її стінками становило хоча б 10 радіусів кульки.

Зображення з назвою Measure Viscosity Step 9

6. Обчисліть швидкість кульки. Швидкість відповідає відстані, поділеному на час, витрачений для того, щоб подолати цю відстань. швидкість в виражається формулою

в = д / т

, де д - пройдену відстань, т - витрачений час.

Підставте виміряні значення в формулу

в = д / т

і визначте швидкість кульки.

Зображення з назвою Measure Viscosity Step 10

7. Обчисліть в`язкість рідини. Підставте знайдені величини в формулу в`язкість = [2 (p_ш-p_ж) Ga] / 9v, де p_ш - густина кульки, p_ж - щільність рідини, g - прискорення вільного падіння (постійна величина, рівна 9,8 м / с), а - радіус кульки, в - швидкість кульки.

Припустимо, щільність рідини становить 1,4 г / мл, густина кульки дорівнює 5 г / мл, його радіус дорівнює 0,002 м, а швидкість кульки становить 0,05 м / с.

Підставами ці значення в формулу і отримаємо: в`язкість = [2 (5 - 1,4) (9,8) (0002) ^ 2] / (9 x 0,05) = 0,00062784 Па · с.

Поради

Записуйте все значення в таблицю, щоб не заплутатися в результатах вимірювань.
Всі вимірювання слід виконувати в метричній системі.
Не забудьте в кінцевому результаті вказати одиниці вимірювання.

попередження

Для даного методу густина кульки повинна перевищувати щільність рідини.
Чи не наливайте в мензурку занадто багато рідини, щоб її верхній рівень не підходив дуже близько до краю мензурки. Якщо ви не залишите достатньо місця, при опусканні кульки в мензурку з неї може виплеснутися частина рідини, що спотворить результати вимірювань.
Вилийте з мензурки попередню рідина йому повністю висохнути її, перш ніж проводити вимірювання на новій рідини.
Перед початком експериментів перевірте, щоб в мензурки не було залишків води або іншої рідини. Стороння рідина негативно вплине на точність отриманих результатів.

Що вам знадобиться

Невеликий твердий кулька або інший сферичний предмет, який тоне в досліджуваній рідині
досліджувана рідина
Мірна Мензурка з діаметром більшим, ніж у кульки
калькулятор
секундомір
Вимірювальна рулетка або лінійка
маркер
ваги