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1、液體粘度系數(shù)的測定在實際工作中有重大意義。水利、熱力工程中涉及水、石油、蒸汽、大氣等流體在管道中長距離輸送時的能量損耗；在機械工業(yè)中，各種潤滑油的選擇；化學(xué)上測定高分子物質(zhì)的分子量；醫(yī)學(xué)上分析血液的粘度等，都需要測定相應(yīng)液體的粘度。實驗一、液體的粘度的測量（落球法）實驗一、液體的粘度的測量（落球法）實驗?zāi)康膶嶒瀮?nèi)容實驗重點實驗主要儀器設(shè)備及材料實驗簡介實驗原理實驗步驟注意事項思考與討論一、實驗?zāi)康挠^察液體的內(nèi)摩擦現(xiàn)象，學(xué)會用用落球法測量液體的粘滯系數(shù)2.掌握基本測量儀器使用，及正確合理地分析誤差。二、實驗內(nèi)容用落球法測量蓖麻油的粘滯系
2、數(shù)三、實驗重點1.學(xué)習(xí)用落球法測量蓖麻油的粘度的原理和方法。2.設(shè)計尋找小球勻速下降區(qū)的方法，測出其長度3.?M個同類小球盡量找直徑比較接近的。四、實驗主要儀器設(shè)備及材料：玻璃圓筒（高約50cm，直徑約5cm），溫度計，分析天平，螺旋測微計，游標(biāo)卡尺，米尺，小球（兩種各10個，直徑1～2mm），停表，鑷子，待測液體（蓖麻油）。五、實驗簡介當(dāng)一種液體相對于其他固體、氣體運動，或同種液體內(nèi)各部分之間有相對運動時，接觸面之間在摩擦力。這種性質(zhì)稱為液體的粘滯性。粘滯力的方向平行于接觸面，且使速度較快的物體減速，其大小與接觸面面積以及接觸面處的
3、速度梯度成正比，比例系數(shù)稱為粘度。表征液體粘滯性的強弱，測定可以有以下幾種方法:(1)泊肅葉法,通過測定在恒定壓強差作用下，流經(jīng)一毛細(xì)管的液體流量來求;(2)轉(zhuǎn)筒法，在兩筒軸圓筒間充以待測液體，外筒作勻速轉(zhuǎn)動，測內(nèi)筒受到的粘滯力矩;(3)阻尼法，測定扭擺、彈簧振子等在液體中運動周期或振幅的改變;(4)落球法，通過測量小球在液體中下落的運動狀態(tài)來求。對液體粘滯性的研究在物理學(xué)、化學(xué)化工、生物工程、醫(yī)療、航空航天、水利、機械潤滑和液壓傳動等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。六、實驗原理1、斯托克斯公式的簡單介紹小球以速度在均勻的無限寬廣的液體中運動時，若
4、速度不大，球也不大，在液體不產(chǎn)生湍流的情況下，斯托克指出，球在液體中所受到的阻力F為（1）式中F是小球所受到的粘滯阻力，是小球的下落速度，r是小球的半徑，是液體的粘度，在SI制中，的單位是.斯托克斯公式是由粘滯液體的普遍運動方程導(dǎo)出的。當(dāng)質(zhì)量為m、體積為V的小球在密度為的液體中下落時，小球受到三個力的作用：重力、浮力和粘滯阻力。這三個力作用在一鉛直線上，重力向下，浮力和阻力向上。球剛開始下落時，速度很小，阻力不大，球做加速運動。隨著速度的增加，阻力逐漸加大，速度達(dá)到一定的值時，阻力和浮力之和等于重力，此時物體運動的加速度等于零，小球開
5、始勻速下落（此時的速度稱為終極速度），即（2）把體積代入，得：2、雷諾數(shù)的影響液體各層間相對運動速度較小時，呈現(xiàn)穩(wěn)定的運動狀態(tài)，如果給不同層內(nèi)的液體添加不同色素，就可以看到一層層顏色不同的液體互不相擾地流動，這種運動狀態(tài)叫層流。如果各層間相對運動較快，就會破壞這種層流，逐漸過渡到湍流，甚至出現(xiàn)漩渦。為了表征液體運動狀態(tài)的穩(wěn)定性，我們定義一個無量綱的參數(shù)—雷諾數(shù)Re：（3）式中、為流體密度和粘度，、為流場的特征速度和特征長度。對外流問題，、一般取遠(yuǎn)前方來流速度和物體主要尺寸(如機翼展長或圓球直徑)。當(dāng)時，液體處于層流狀態(tài)，當(dāng)時，呈現(xiàn)湍流
6、狀態(tài)，Re介于上述兩值之間，則為層流、湍流過渡階段。在此采用落球法的實驗中，特征長度L取圓球直徑2r，雷諾數(shù)為（4）奧西思-果爾斯公式反映出了液體運動狀態(tài)對斯托克斯公式的影響：（5）式中項和項可以看作斯托克斯公式的第一和第二修正項。如Re=0.1，則零級解與一級解相差約2%，二級修正項約為，可略去不計；如Re=0.5，則零級與一級解相差約10%，二級修正項約0.5%仍可略去不計；但當(dāng)Re=1時，則二級修正項約2%，隨著Re的增大，高次修正項的影響變大。3、容器壁的影響在一般情況下，小球（半徑為r，直徑為d）在容器內(nèi)直半徑為D、液體高度
7、為H的液體內(nèi)下落，液體在各方向上是無限廣闊的這一假設(shè)條件是不能成立的。由于液體在容器中，而不滿足無限寬的條件，所以實際測得的速度和上述式中的理想條件下的速度之間存在如下的關(guān)系：因此，考慮到容器壁的影響，式（5）變?yōu)椋海?）4、的表示前面討論了粘滯阻力F與小球的速度、幾何尺寸、液體的密度、雷諾數(shù)、粘度等參量之間的關(guān)系，但在一般情況下粘滯阻力F是很難測定的。因此，還是很難得到粘度。為此，考慮一種特殊情況：小球在液體中下落時，重力方向向下，而浮力和粘滯阻力向上，阻力隨著小球速度的增加而增加。顯然，小球從靜止開始做加速運動，當(dāng)小球的下落速度達(dá)
8、到一定值時，這三個力的合力等于零，這時小球?qū)⒁詣蛩傧侣?，由式?）和式（2）得：令小球的質(zhì)量（為小球的密度），代入上式，得：(7)假設(shè)這小球勻速運動的距離為，小球通過所用的時間為t，則小球勻速下落的速度，代入（7）式，得
