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

Частина2 З 2:

Вимірювання в'язкості

1. 
   Підготуйте все, що вам знадобиться для проведення експерименту. щоб визначити в'язкість рідини, вам будуть потрібні кулька, градуйована мензурка, лінійка, секундомір, досліджувана рідина, ваги і калькулятор.^[5] даний експеримент складається з декількох кроків, і якщо виконати все 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 поділами на бічній поверхні, які дозволяють визначити обсяг.
   • Замість секундоміра можна використовувати звичайний годинник, проте 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.
2. 
   Розрахуйте щільність кульки. щоб визначити в'язкість, необхідно знати щільність як матеріалу кульки, так і рідини. Щільністьd обчислюється за формулою D=m/V{\displaystyle d=m/V}, де m — маса предмета, а V — його обсяг.

   • Покладіть кульку на ваги і виміряйте його масу. Запишіть отриману величину в грамах (g).
   • Знайдітьоб'єм кулі v за допомогою формули V= (4/3) x π x r³ , де π — константа, рівна 3,14, аr — радіус кулі. радіус кулі можна знайти наступним чином: виміряйте довжину його кола, а потім поділіть її на 2π.
   • Можна також знайти обсяг кулі за кількістю води, яку він витісняє з мензурки. Запишіть початкову висоту рівня води, потім опустіть кульку 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${\displaystyle d=m/V}$. В результаті у вас вийде щільність в грамах на мілілітри (г/мл).
3. 
   Визначте щільність досліджуваної рідини.зробіть це за допомогою тієї ж формули.

   • Спочатку виміряйте масу порожній мензурки. Потім налийте в мензурку рідина 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 мензурці за допомогою поділів на її бічній поверхні. Запишіть отриманий результат в мілілітрах (мл).
   • Підставте результати у формулуD=m/V{\displaystyle d=m/V}, і у вас вийде щільність рідини в грамах на миллилитры (г/мл).
4. 
   Залийте в мензурку рідина і зробіть на ній мітки.заповніть мензурку досліджуваною рідиною і поставте на бічній поверхні мітки. Повільно залийте в мензурку рідина, так щоб заповнити її приблизно на½ -¾.

   • Намалюйте мітку у 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 мітки початок лінійки і виміряйте відстань до верхньої мітки.
5. 
   Виміряйте час, за який 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 кулька падає швидше і засікти точний час буває непросто.
   • Повторіть цей крок щонайменше три рази (чим більше вимірювань ви зробите, тим точніше вийде результат) і визначте за трьома величинамисереднє значення. Щоб знайти середнє значення, складіть всі отримані результати і поділіть їх на число вимірювань.
   • Для даного методу найкраще використовувати досить маленький кульку-в цьому випадку потік рідини навколо кульки буде дійсно в'язким і далеким від турбулентного. Крім того, кулька повинна бути досить мала в порівнянні з мензуркою, щоб під час падіння відстань між ним і її стінками становило хоча б 10 радіусів кульки.
6. 
   Обчисліть швидкість кульки.швидкість відповідає відстані, поділеній на час, витрачений для того, щоб подолати цю відстань. Швидкістьv виражається формулою ${\displaystyle v=d/t}$, де d — пройдена відстань, t — витрачений час.

   • Підставте виміряні значення у формулу${\displaystyle v=d/t}$ і визначте швидкість кульки.
7. 
   Обчисліть в'язкість рідини. підставте знайдені величини в формулув'язкість = [2(p_ш-p_ж)ga²]/9v , деp_ш — щільність кульки, p_ж — щільність рідини,g — прискорення вільного падіння (постійна величина, рівна 9,8 м/с² ),a — радіус кульки,v — швидкість кульки.^[6]

   • Припустимо, щільність рідини становить 1,4 г / мл, щільність кульки дорівнює 5 г / мл, його радіус дорівнює 0,002 м, а швидкість кульки становить 0,05 м/с.
   • Підставимо ці значення в формулу і отримаємо: в'язкість = [2(5 – 1,4)(9,8)(0,002)^2]/(9 x 0,05) = 0,00062784 Па * с.