用落球法测定液体的粘滞系数南京信息工程大学.pdf

热学实验2 用落球法测定液体的粘滞系数 南京信息工程大学物理实验中心 制作人：陈玉林 v 实验前言 度是液体重要的物理性质之一，它反 映了液体流动行为的特征。粘度与液体的性 质、温度和流速有关。测量液体的 度，在工 程技术、生产技术和医学研究等方面具有重大 意义。例如研究石油在管道中传输、减小运动 物体在液体中的阻力、测量血液的 滞力得到 有价值的诊断、机械的润滑、有机合成等，都 需要测定粘度。 测量液体 度的方法有多种，落球法(又 称Stokes法)是最基本的一种，它可用 测量 度较大的透明或半透明液体，如蓖麻油、甘 油、变压器油等。 南京信息工程大学大学物理实验中心 v 实验目的 1. 观察液体的内磨擦现象，学会用落球法测量液体的 滞系数； 2. 熟练运用基本仪器测量长度、质量和时间。。 v 实验仪器 粘滞系数测定仪一台，小钢球若干，游标尺一个， 千分尺一个，电子秒表一个，磁铁，镊子。 南京信息工程大学大学物理实验中心 v 实验原理 流体中，如果各层的流速不相等，那么相邻 的两个流层之间的接触面上，形成一对阻碍两 流层相对运动的等值而反向的摩擦力，其情况 与固体接触面的摩擦力有些相似，叫做粘性 力。流体的这种性质叫做 性。例如用管道输 送石油，石油在管道中前进时，紧靠着管壁的 石油分子附着 管壁，流速为零，稍远一些的 分子才有流速，但不很大。在管道中心部分流 速最大。这正是由于从管壁到中心各流层之间 有粘性作用的表现。 南京信息工程大学大学物理实验中心 一个在粘滞液体中缓慢下落的固体小球 到 三个力的作用：重力、浮力和阻力。这时阻力是 由液体的内摩擦即粘滞阻力引起的。如果球在液 体中下落时速度很小，球也很小，而且液体在各 方向上郡是无限广阔的，斯托克斯指出，达时的 粘滞阻力f 为 f =6 πηv r (1) 式中η为液体的钻滞系数，v 是小球下落的速 度，r 是小球的半径。η随液体温度的改变而变 化很大。 但是液体放在容器内总不是无限广阔的。本 实验中，小球是在内半径为R 的装有液体的圆柱 形玻璃管内运动，如果只考虑管壁对小球运动的 影响，则式（1）应修正为 r f 6phrv(1 2.4 ) （2）南京信息工程大学大学物理实验中心 R 如已知小球的密度为ρ，液体的密度为ρ ，浮力和 0 粘滞阻力的方向为垂直向上。在小球刚落入液体时，重力 大 浮力与粘滞阻力之和，显然小球作加速运动。随着小 球运动速度的增加，粘滞力也增加，当速度增加到某一值 v0 （称为小球在圆筒内的收尾速度），小球所 的合力为 零，此后小球就以该速度匀速下落，根据力的平衡方程 得： 4 3 r pr (r r )g 6phrv (1 2.4 ) （3） 0 0 3 R 故液体的粘滞系数为 2 2 2 ( r r