Портал освітньо-інформаційних послуг «Студентська консультація»

  
Телефон +3 8(066) 185-39-18
Телефон +3 8(093) 202-63-01
 (093) 202-63-01
 studscon@gmail.com
 facebook.com/studcons

<script>

  (function(i,s,o,g,r,a,m){i['GoogleAnalyticsObject']=r;i[r]=i[r]||function(){

  (i[r].q=i[r].q||[]).push(arguments)},i[r].l=1*new Date();a=s.createElement(o),

  m=s.getElementsByTagName(o)[0];a.async=1;a.src=g;m.parentNode.insertBefore(a,m)

  })(window,document,'script','//www.google-analytics.com/analytics.js','ga');

 

  ga('create', 'UA-53007750-1', 'auto');

  ga('send', 'pageview');

 

</script>

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з фізики для студентів-заочників інженерно-технічних спеціальностей НУВГП. Частина І

Предмет: 
Тип роботи: 
Методичні вказівки
К-сть сторінок: 
35
Мова: 
Українська
Оцінка: 

Уітстона.

2. Чому в містку Уітстона користуються нуль-гальванометром?
3. Яку перевагу має метод вимірювання опору містком Уітстона в порівнянні з методом амперметра і вольтметра?
4. Від чого залежить опір провідника?
5. Записати опір при послідовному і паралельному з’єднаннях провідників.
 
Лабораторна робота № 7
 
Визначення в’язкості рідини методом Стокса
 
Мета роботи:   визначити в’язкість рідини.
 
Теоретичні відомості і опис установки
Явище переносу – це процес встановлення рівноваги в системі шляхом переносу маси (дифузія), енергії (теплопровідність) та імпульсу молекул (внутрішнє тертя або в’язкість). У явищі внутрішнього тертя (в’язкості) спостерігається переніс імпульсу   від молекул із шарів, які рухаються швидше, до повільніших і навпаки. При цьому більш швидкий шар буде гальмуватись, а менш швидкий – прискорюватись.
Нехай тіло рухається в рідині. До поверхні тіла прилипає шар рідини (внаслідок міжмолекулярних сил притягання), який буде рухатись швидше ніж суміжній шар. Між цими шарами виникає градієнт швидкості   і виникає сила в’язкості (внутрішнього тертя), яка є силою опору. Як відомо, сила внутрішнього тертя між сусідніми шарами пропорційна градієнту швидкості:
  (1)
де  – в’язкість середовища, S– площа дотичних поверхонь.
Шари, що досить віддалені від поверхні тіла майже не рухаються. Отже градієнт швидкості пропорційний швидкості. Таким чином сила в’язкості
  (2)
де v – швидкість тіла, k – коефіцієнт пропорційності, який залежить від природи рідини і тіла, від його форми і розмірів. Стокс показав, що для кульки, яка рухається в рідині
  (3)
де r – радіус кульки. Тоді, підставивши (2) в (1), одержимо:
  (4)
Нехай кулька падає в рідині (Рис. 1). На неї діють сили:   – Архімеда,   – сила тяжіння,   – сила в’язкості. Рівнодійна цих сил 
  (5)
Швидкість кульки зростає до того часу, поки рівнодійна цих сил дорівнює нулю, тоді
  (6)
Так як 
  (7)
  (8)
  (9)
де 1 – густина кульки, 2 – густина рідини, V – об’єм кульки, g – прискорення сили тяжіння.
Підставляючи (4), (7), (8) і (9) в (6) одержимо
  (10)
Установка для вимірювання в’язкості – це циліндр з рідиною (Рис. 2), на якому у верхній і нижній частинах зроблені мітки. Верхня мітка знаходиться на такій висоті, що коли кулька досягне її, то рух кульки стає рівномірним. Якщо відстань між мітками l, а час падіння t, то швидкість 
  (11)
Виразимо радіус кульки через її діаметр
  (12)
де d – діаметр кульки.
Підставивши (11), (12) в (10) отримаємо
  (13)
Позначимо
  (14)
Тоді
  (15)
Відносна похибка вимірювання згідно з (15) має вигляд:
  (16)
 
Хід роботи
1. За допомогою лінійки виміряти віддаль між верхніми краями паперових смужок на циліндрі lср.
2. За допомогою мікрометра виміряти діаметр кульки (3 рази).
3. Опустити кульку в рідину через отвір в кришці і уважно слідкувати за її проходженням повз верхню смужку (включити секундомір) і нижню смужку (виключити секундомір). Результати занести у таблицю.
4. Дослід повторити ще для двох кульок з пункту 2 по 3.
5. Записати абсолютні паспортні похибки приладів і абсолютні похибки табличних величин.
6. Обчислити f для кожної кульки і знайти fср.
7. Обчислити  за формулою, підставляючи в неї замість f його середнє значення fср.
8. Визначити відносну похибку  для  за формулою (16).
9. Обчислити абсолютну похибку  .
10. Записати кінцевий результат.
 
Таблиця 1.
№ І кулька ІІ кулька ІІІ кулька
d d d l l
CI
1.
2.
3.
сер
t
f fсер =
Контрольні запитання
1. Які явища відносяться до явищ переносу? Вказати характеристики кожного з цих явищ.
2. В чому полягає суть явища в’язкого тертя? Записати вираз для сили внутрішнього тертя.
3. Пояснити метод Стокса для визначення коефіцієнта в’язкого тертя.
4. Як змінюється швидкість кульки при падінні в рідині? Чим це зумовлено?
5. Записати і пояснити вираз для в’язкого тертя, що діє на кульку, яка рухається у в’язкому середовищі.
 
Лабораторна робота № 8
 
Визначення коефіцієнта поверхневого натягу методом відриву кільця
 
Мета роботи: визначити коефіцієнт поверхневого натягу води.
 
Теоретичні відомості і опис установки
Рідкий стан, займає за своїми властивостями проміжне становище між газами і кристалами. Зокрема, для рідин і для кристалів, характерна наявність певного об’єму і разом з тим, рідина приймає форму посудини.
Для кристалічного стану характерне упорядковане розташування частинок (атомів або молекул), а для газів – хаотичне. В розташуванні частинок рідини спостерігається так званий ближній порядок. Це означає, що по відношенню до довільної частинки розташування найближчих до неї сусідів упорядковане. В кристалічних тілах має місце дальній порядок – впорядковане розташування частинок по відношенню до довільної частинки спостерігається в межах значного об’єму.
Тепловий рух в рідинах має наступний характер. Кожна молекула протягом деякого часу коливається біля положення рівноваги. Час від часу молекула змінює місце рівноваги, стрибком переміщуючись в нове положення, віддалене від попереднього на відстань порядку розмірів самої молекули. Таким чином, молекули лише повільно перемішуються всередині рідини, перебуваючи частину часу біля певних місць.
Молекули рідини розташовуються настільки близько одна до одної, що сили притягання між ними мають значну величину. Оскільки взаємодія швидко зменшується з відстанню, починаючи з деякої відстані силами притягання між молекулами можна знехтувати. Цю відстань називають радіусом молекулярної дії, а сферу цього радіуса називають сферою молекулярної дії. Радіус молекулярної дії має величину порядку декількох діаметрів молекул.
Кожна молекула зазнає притягання зі сторони своїх сусідніх молекул, що знаходяться в межах сфери молекулярної дії, центр якої співпадає з даною молекулою. Рівнодійна всіх сил для молекули, що знаходиться на поверхні рідини на віддалі, яка перевищує радіус молекулярної дії, очевидно, в середньому дорівнює нулю. На кожну молекулу, що знаходиться в поверхневому шарі з товщиною, яка дорівнює радіусу молекулярної дії, буде діяти сила, котра спрямована всередину рідини. Величина цієї сили зростає в напрямку від внутрішньої до зовнішньої границі шару.
Сили молекулярного притягання, які діють в поверхневому шарі рідини, напрямлені всередину маси рідини. Якщо на рідину не діють ніякі інші сили, то рівноважним виявиться таке положення поверхні, при якому ці сили нормальні до поверхні. Маса рідини, на яку не діють зовнішні сили, повинна під впливом сил молекулярного тиску прийняти сферичну форму. Малі краплини рідини, для яких роль сили тяжіння мала, дійсно приймають вигляд правильних сфер.
Дія сил молекулярного тиску, завдяки якій рідина приймає сферичну форму, аналогічна дії, що виникла б, якщо поверхня рідини являла б собою розтягнуту плівку, що намагається стиснутись. Всі явища, які викликані існуванням молекулярного тиску, пояснюються шляхом розгляду дії такої розтягнутої плівки.
Для того, щоб розтягнуту плівку втримати в рівновагі, до лінії її границі потрібно прикласти силу f, дотичну до поверхні рідини. Цю силу називають силою поверхневого натягу. Вона, очевидно, тим більша, чим більша довжина граничної плівки l
f = l (1)
Коефіцієнт , що залежить від природи рідини, називається коефіцієнтом поверхневого натягу. Із співвідношення (1) видно, що коефіцієнт поверхневого натягу  чисельно дорівнює силі, прикладеній до одиниці довжини краю поверхневої плівки рідини. Для деякої рідини  з підвищенням температури зменшується. При наближенні температури рідини до критичної температури коефіцієнт поверхневого натягу прямує до нуля. Це пояснюється тим, що в критичній точці різниця між рідким і газоподібним станами зникає.
Визначимо силу P, при якій кільце відривається від поверхні води. Ця сила Р в момент відриву кільця зрівноважує силу поверхневого натягу. Нехай зовнішній діаметр кільця D , а внутрішній d, при підніманні кільця над поверхнею рідини між кільцем і поверхнею води утворюється плівка. Зовнішня поверхня цієї плівки тягне кільце вниз з силою D, внутрішня поверхня також тягне вниз з силою d.
Результуюча сила, що тягне кільце вниз дорівнює
P =  (D + d) (4)
Якщо товщина кільця h, d = D – 2h і (4) має вигляд
P = 2  (D – h) (5)
Звідси
  (6)
Співвідношення (6) являється робочою формулою.
Відносна похибка може бути знайдена з (6) за методом диференціювання:
  (7)
 
Хід роботи
1. Відкрити кришку 7 і вийняти підвішене на нитці кільце 3.
2. Звільніть коромисло 8.
3. Штангенциркулем виміряти зовнішній діаметр кільця D та товщину кільця h.
4. Повільно повертаючи (проти годинникової стрілки) поводок 6 сумістити контрольну стрілку 4 з контрольним штрихом циферблата 9 .Записати покази стрілки 5 в Р0.
5. Опустити кільце в посудину з водою. Повільно повертаючи (проти годинникової стрілки) поводок 6 добитися відриву кільця від поверхні води. Записати покази стрілки 5 в Р.
6. Порахувати силу Р (за формулою Р = Р’ – Р0).
(1 мг = 9,810–6 Н в системі СІ).
7. За формулою (6) обрахувати коефіцієнт поверхневого натягу .
8. Обчислити відносну похибку величини  за формулою (7).
9. Визначити абсолютну похибку  .
10. Записати кінцевий результат.
 
Таблиця вимірювань
P0 = D0 = h0 = = 0 =
D h Р P’ Р0
СІ
1  
2.  
3.  
сер.
 
Контрольні запитання
1. Описати характер теплового руху в твердих тілах, рідинах і газах.
2. Що таке ближній і дальній порядок? Як він змінюється з температурою?
3. Які сили діють між молекулами рідини? Що таке радіус молекулярної дії?
4. Пояснити причини виникнення поверхневого натягу. Який напрямок має сила поверхневого натягу?
5. Що таке коефіцієнт поверхневого натягу? Як він залежить від температури?
Фото Капча