MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆMNghiên cứu chuyển động của vật trong môi trường có sức cản.Thực hành xác định hệ số nội ma sát của chất lỏng bằng phương pháp Stốc.II. CƠ SỞ LÝ THUYẾTHệ số nội ma sátKhi các lớp chất lỏng chuyển động tương đối với nhau, giữa chúng xuất hiện lực cản gọi là lực nội ma sát. Nguyên nhân của lực nội ma sát là do các phân tử chất lỏng chuyển động hỗn độn từ hai lớp trao đổi động lượng cho nhau.Thực nghiệm chứng tỏ lực nội ma sát giữa hai lớp chất lưu chuyển động tương đối với nhau có dạng:F_nms=η.∆S.dvdxTrong đó: là hệ số nội ma sát (hay hệ số nhớt) của chất lỏng, có đơn vị 2 Nsm2 hay kgms,Pa.sS là phần diện tích tiếp xúc giữa hai lớp chất lỏng. dvdx là gradien vận tốc của các lớp chất lỏng theo phương x vuông góc với S . Hệ số nội ma sát của chất lỏng phụ thuộc vào nhiệt độ. Theo lý thuyết của Pyring, ta có:η=a.e(bT) Trong đó: a,b là các hằng số2. Phương pháp Stốc xác định hệ số nội ma sát Xét một vật hình cầu bán kính r chuyển động trong chẩt lỏng vô hạn (môi trường rộng). Ngoài trọng lực và lực đẩy Acsimet vật còn chịu lực cản (nội ma sát), với vận tốc nhỏ, lực cản được xác định: F_c=6πηr.υPhương trình chuyển động của vật:
BẢNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Bài thí nghiệm số 06 ĐO HỆ SỐ MA SÁT CỦA CHẤT LỎNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP STỐC I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM - Nghiên cứu chuyển động vật mơi trường có sức cản - Thực hành xác định hệ số nội ma sát chất lỏng phương pháp Stốc II CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hệ số nội ma sát ̶ Khi lớp chất lỏng chuyển động tương nhau, chúng xuất lực cản gọi lực nội ma sát Nguyên nhân lực nội ma sát phân tử chất lỏng chuyển động hỗn độn từ hai lớp trao đổi động lượng cho ̶ Thực nghiệm chứng tỏ lực nội ma sát hai lớp chất lưu chuyển động tương có dạng: 𝐹 = 𝜂 ∆𝑆 𝑑𝑣 𝑑𝑥 Trong đó: - hệ số nội ma sát (hay hệ số nhớt) chất lỏng, có đơn vị Ns/m2 hay kg/ms, Pa.s S phần diện tích tiếp xúc hai lớp chất lỏng dv/dx gradien vận tốc lớp chất lỏng theo phương x vng góc với S - Hệ số nội ma sát chất lỏng phụ thuộc vào nhiệt độ Theo lý thuyết Pyring, ta có: 𝜂 = 𝑎 𝑒 Trong đó: a,b số Phương pháp Stốc xác định hệ số nội ma sát - Xét vật hình cầu bán kính r chuyển động chẩt lỏng vơ hạn (mơi trường rộng) Ngồi trọng lực lực đẩy Acsimet vật chịu lực cản (nội ma sát), với vận tốc nhỏ, lực cản xác định: 𝐹 = 6𝜋𝜂𝑟 𝜐 ̶ Phương trình chuyển động vật: 𝑃⃗ + 𝐹⃗ + 𝐹⃗ = 𝑚 𝑎⃗ ↔ 𝑚 𝑑𝑣 =𝑃−𝐹 −𝐹 𝑑𝑡 ̶ Theo phương trình trên, P FA khơng đổi, cịn Fc tăng vận tốc tăng Do đến lúc vận tốc đạt đến giá trị giới hạn, lực cân nhau, vật chuyển động thẳng đều: 𝑑𝑣 4 = ↔ 𝑃 − 𝐹 − 𝐹 = ↔ 𝜌 𝜋 𝑟 𝑔 − 𝜋𝑟 𝜌 𝑔 − 6𝜋𝜂𝑟 𝜐 = 𝑑𝑡 3 (𝜌 − 𝜌 ) → 𝜂 = 𝑔𝑟 𝑣 ̶ Bây ta xét vật chuyển động môi trường hữu hạn Giả sử vật chuyển động chất lỏng đựng ống hình trụ có bán kính R, người ta chứng minh được: (𝜌 − 𝜌 ) 𝜂 = 𝑔𝑟 𝑟 𝑣 + 2,4 𝑅 (∗) III KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Cách đo: Trong thí nghiệm này, ta cần xác định hệ số nội ma sát chất lỏng có ký hiệu E200 nhiệt độ 𝑡 = 30 𝐶 ; 𝑡 = 35 𝐶 ; 𝑡 = 40 𝐶 ; 𝑡 = 45 𝐶 ; 𝑡 = 50 𝐶 (tương ứng 1; 2; 3; 4; 5) -Từ công thức (*), ý đến kích thước vật chuyển động (là viên bi), vùng chất lỏng mà vật chuyển động đó, động nghiêng ống, quãng đường chuyển động vật, khoảng giá trị hệ số nội ma sát xác định, ta có cơng thức đơn giản: 𝜂 = 𝐾 (𝜌 − 𝜌 ) 𝑡 Trong đó: (∗∗) K 0,08626 mPa.s.cm3/g.s hệ số viên bi (Bi số có m 16,22790 g; r 8,3 mm) 1 8,148 g/cm3 khối lượng riêng viên bi 2 0,869g/cm3 khối lượng riêng chất lỏng E200 (coi không thay đổi) t thời gian vật chuyển động từ vạch A đến vạch B (chuyển động thẳng đều) Theo công thức (**) để xác định hệ số nội ma sát ta cần đo thời gian chuyển động viên bi từ vạch A đến vạch B (cách 10cm) Tiến trình cụ thể sau: Bước Khống chế nhiệt độ ̶ Vặn núm đặt nhiệt độ đến nhiệt độ cần khống chế, máy đốt nóng đèn vàng báo hiệu ̶ Quan sát nhiệt độ nhiệt kế, đến nhiệt độ cần khống chế máy ngừng đun đèn vàng tắt Chờ khoảng hai phút sau để nhiệt độ chất lỏng ổn định tiến hành đo Bước Tiến hành đo thời gian chuyển động ̶ Lật ngược ống hình trụ (lật nhanh, ống hình trụ phải vào khớp nó) viên bi rơi ̶ Đo khoảng thời gian chuyển động viên bi hai vạch A, B Ghi thời kết vào bảng số liệu Lặp lại phép đo lần Thực tương tự nhiệt độ Bảng số liệu đo thời gian chuyển động viên bi nhiệt độ khác (đơn vị đo: s) t1 = 30 0C Lần đo t2 = 35 0C t3 = 40 0C t4 = 45 0C t5 = 50 0C 74.06 65.20 50.20 40.30 35.23 74.86 65.25 50.48 40.19 35.05 75.51 65.12 49.72 40.45 34.94 74.04 65.23 49.95 40.09 35.24 75.20 65.04 50.00 40.33 34.78 𝒕̅ ± ∆𝒕̅ 𝒕 = 74,73 ± 0,55 𝒕𝟐 = 65,17 ± 0,07 𝒕𝟑 = 50,07 ± 0,22 𝒕𝟒 = 40,27 ± 0,08 𝒕𝟓 = 34,87 ± 0,22 Ta có: 𝜂 = 𝐾 (𝜌 − 𝜌 ) 𝑡 Với 𝑡 Với 𝑡 Với 𝑡 Với 𝑡 Với 𝑡 = 74,73 : = 65,17 : = 50,07 : = 40.27 : = 34,87 : 𝜂 𝜂 𝜂 𝜂 𝜂 = 0,08626 (8,148 − 0,869) 74,73 = 46,92 = 0,08626 (8,148 − 0,869) 65,17 = 40,92 = 0,08626 (8,148 − 0,869) 50,07 = 31,44 = 0,08626 (8,148 − 0,869) 40,27 = 25,28 = 0,08626 (8,148 − 0,869) 34,87 = 21,89 → 𝜂̅ = ∆𝜂̅ = 𝜂 +𝜂 +𝜂 +𝜂 +𝜂 = 33,29 |𝜂̅ − 𝜂 | + |𝜂̅ − 𝜂 | + |𝜂̅ − 𝜂 | + |𝜂̅ − 𝜂 | + |𝜂̅ − 𝜂 | ∆𝜂 + ∆𝜂 + ∆𝜂 + ∆𝜂 + ∆𝜂 = 5 → ∆𝜂̅ = 8,50 → 𝜂 = 𝜂̅ ± ∆𝜂̅ = 33,29 ± 8,50 Mà 𝛿= ∆𝜂̅ 8,50 = = 0,2553 𝜂̅ 33,29 → 𝜂 = 𝜂̅ ± 𝛿% = 33.29 ± 25,53% Ta có: 𝜂 = 46,92 ± 0,56 𝜂 = 40,92 ± 0,04 𝜂 = 31,44 ± 0,13 𝜂 = 25,28 ± 0,05 𝜂 = 27,89 ± 0,13 Ta có: ln 𝜂 = ln 𝑎 + 𝑏 Đặt 𝑦 = ln 𝜂 𝑣à 𝑇 𝑥= → 𝑦 = 𝑏𝑥 + 𝑙𝑛𝑎 Với 𝑎 = 8.74.10 𝑏 = 2600 → 𝑦 = 3,84 ± 0,57 ; 𝑥 = 3,3.10 𝑦 = 3,71 ± 3,21 ; 𝑥 = 3,25.10 𝑦 = 3,44 ± 2,04 ; 𝑥 = 3,20.10 𝑦 = 3,23 ± 2,99 ; 𝑥 = 3,15.10 𝑦 = 3,08 ± 2,04 ; 𝑥 = 3,10.10 0,0035 0,003 0,0025 0,002 0,0015 0,001 0,0005 -6 -5 -4 -3 -2 -1 Ngày 17 tháng …09… năm …2021… Xác nhận giáo viên hướng dẫn thí nghiệm IV KẾT LUẬN Nguyên nhân sai số: - Do máy móc dụng cụ đo thiếu xác Do người đo với trình độ tay nghề chưa cao, khả giác quan bị hạn chế Do điều kiện ngoại cảnh bên ngồi tác động tới Do người thực hành khơng thao tác đúng, quan sát khơng xác ... động chất lỏng đựng ống hình trụ có bán kính R, người ta chứng minh được: (