Определение динамической вязкости жидкостей методом падающего шарика
Лабораторная работа №5.
Определение динамической вязкости жидкостей методом падающего шарика
Цель работы: описать движение физического тела (шарика) в однородном силовом поле в вязкой среде; измерить динамическую вязкость исследуемой жидкости.
Приборы и принадлежности: Модель экспериментальной установки
ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ
Изучите теоретический материал по учебнику, по темам : законы движения тел в жидкости, вязкость, методы измерения вязкости, явления переноса, перенос импульса. Повторите материал из механики: виды движения, первый закон Ньютона. Ознакомьтесь с устройством лабораторной установки и измерения. Подготовьте ответы для допуска к лабораторной работе
ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОПУСКА К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
1. Понятие вязкости и единицы измерения.
2. Закон Стокса для зависимости скорости движения тела в жидкости
3. Ламинарное и турбулентное течения жидкости.
4. Равномерное и равноускоренное движения.
5. Первый закон Ньютона.
6. Какие силы действуют на шарик в жидкости.
ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ
Краткая теория
Тело при движении в вязкой среде (в данном случае - в жидкости) испытывает действие силы трения 
, зависящей от скорости тела. При малых скоростях для шарика эта сила равна
(1)
и называется силой Стокса. Коэффициент пропорциональности 
зависит от радиуса шара и вязкости жидкости.
Движение падающего шарика, в соответствии с вторым законом Ньютона описывается уравнением (в скалярной форме):
(2)
Сила F0 является постоянной и равна силе тяжести за вычетом выталкивающей силы Архимеда:
(3)
Подставляя в (3) величину объёма шарика, получим:
(4)
Если движение началось со скорости 
, то вначале сила трения тоже равна нулю, а ускорение равно g . Но с увеличением скорости сила Стокса Fc возрастает, и при 
, когда устанавливается равновесие силы тяжести, направленной вниз и сил Архимеда и Стокса, направленных вверх, ускорение обращается в нуль. Шар движется далее с постоянной (установившейся) скоростью в соответствии с первым законом Ньютона:
(5)
Установление скорости описывается функцией:
(6)
где время релаксации(время установления) 
. Она является решением уравнения (3) , в чем нетрудно убедиться путем подстановки.
Весьма примечательно, что установившаяся скорость не зависит от массы шара. Масса влияет лишь на время установления скорости.
Установка для определения динамической вязкости жидкости представляет собой стеклянный цилиндрический сосуд, заполненный исследуемой жидкостью (глицерин, касторовое масло или вазелиновое) (рис.1). Сосуд должен быть установлен строго вертикально.
Порядок выполнения работы
Если силы. действующие на шарик, спроектировать на вертикальную ось, то при установившемся режиме движения
откуда, учитывая, что скорость 
, получим:
(7)
– плотность тела (шарика), 
- плотность жидкости.
Определение динамической вязкости жидкости сводится к измерению времени и пути, пройденного шариком, при равномерном движении. Однако уравнение (7) справедливо лишь в том случае, когда шарик падает в безграничной среде. Это означает, что в условиях реального эксперимента радиус шарика r должен быть много меньше радиуса сосуда. С учётом этого обстоятельства в уравнение (7) вводится поправочный коэффициент:
(8)
(R– радиус цилиндрического сосуда).