Laboratoare fizică

Despre lucrare : oportunitate şi scop

Determinarea coeficientului de vascozitate al apei distilate prin metoda Stookes, folosind caderea uniforma in lichid a unei bile sferice dintr-un material de densitate convenabil aleasa(sticla)

Cuvinte cheie

Vascozitate, metoda Stokes,forta de vascozitate,coeficientul de vascozitate.

Când două straturi adiacente de fluid se află în mişcare relativă unul faţă de celălalt, fiecare exercită asupra celuilalt o forţă tangentă la suprafaţa comună a straturilor de fluid. Această forţă se numeşte forţă vâscoasă (sau forţă de frecare vâscoasă). Vâscozitatea este deci proprietatea fluidelor de a prezenta eforturi interioare tangenţiale la direcţia mişcării relative a straturilor învecinate.

Datorită mişcării de agitaţie termică a moleculelor de fluid, între straturile adiacente de fluid se produc schimburi de molecule. Astfel, unele dintre moleculele din stratul cu viteză mai mare pătrund în stratul cu viteză mai mică şi transmit acestuia un impuls prin care accelerează acest strat. La rândul lor, moleculele din stratul cu viteză mai mică care pătrund în stratul cu viteză mai mare primesc în acest strat un impuls şi astfel stratul cu viteză mai mare este frânat.

Prin urmare, forţele vâscoase se datorează schimbului de molecule între straturile învecinate de fluid, iar schimbul de molecule se datorează mişcării de agitaţie termică a moleculelor de fluid.

Considerăm un lichid în curgere plană în direcţia Ox şi două straturi de lichid aflate la distanţa dz, având vitezele v şi v+dv (Figura 1). Raportul caracterizează variaţia vitezei fluidului în direcţia Oz, normală la planul vitezei. Datorită diferenţei de viteze, între straturile vecine acţionează o forţă tangenţială vâscoasă f dată de relaţia lui Newton:

(1),

unde  este coeficientul de vâscozitate dinamică, dependent de natura lichidului şi de temperatură, iar S este aria suprafeţei de contact între straturi.

Din (1) se deduc formula dimensională a coeficientului de vâscozitate dinamică  şi unităţile lui de măsură: =

=1 poise; =10 poise=1 daP

Coeficientul de vâscozitate dinamică al apei la 20oC este 1,0110-3daP=1,01cP iar la 40oC este 0,65510-3daP.

Curgerea fluidului descrisă până acum este o curgere laminară: traiectoriile particulelor sunt curbe continue iar mişcarea are structură lamelară.

La mişcarea fluidului prin conducte cu viteză mărită, curgerea îşi pierde caracterul laminar şi devine dezordonată. Apar componente ale vitezei perpendiculare pe axa conductei. În fiecare punct al fluidului apar abateri dezordonate ale vectorului viteză faţă de valoarea sa medie. O astfel de curgere a fluidului se numeşte turbulentă.

Curgerea prin tuburi subţiri cu viteze nu prea mari este însă o curgere laminară, pentru care este valabilă legea lui Newton (1).

La mişcarea unui corp solid într-un fluid în repaus cu viteză v nu prea mare, există un strat foarte subţire, învecinat corpului, care se deplasează o dată cu acesta; totodată, dacă mediul fluid este infinit, straturile de fluid suficient de îndepărtate de corp rămân în repaus. De aceea, există o regiune în fluid în care viteza acestuia variază de la 0 la v.

Aceasta duce la apariţia forţelor vâscoase, care acţionează şi asupra stratului subţire ce se deplasează odată cu corpul solid. Prin urmare, asupra unui solid aflat în mişcare printr-un mediu fluid în repaus se exercită o forţă de frecare de natură vâscoasă, depinzând de forma şi suprafaţa corpului, de natura mediului fluid şi de viteza corpului. Pentru un corp sferic cu raza r în mişcare într-un mediu infinit este valabilă legea lui Stokes: