Движение тел в диссипативной среде

Санкт-Петербургский  государственный электротехнический университет

“ЛЭТИ”

 

кафедра физики

 

 

 

 

 

 

 

ОТЧЕТ

по лабораторно-практической работе № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ  ДВИЖЕНИЯ ТЕЛ В ДИССИПАТИВНОЙ  СРЕДЕ

 

 

Выполнил    Голотин Н.С.

Факультет  ФЭА

 

Группа № 

 

Преподаватель 

 

 

Оценка лабораторно-практического  занятия
Выполнение ИДЗ	Подготовка к лабораторной работе	Отчет по лабораторной работе	Коллоквиум		Комплексная оценка

 

“Выполнено”  “____” ___________

 

Подпись преподавателя __________

 

ЛАБОРАТОРНАЯ  РАБОТА № 1

Исследование движения тел в  диссипативной среде

 

 

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Определение вязкости диссипативной среды (жидкости) по установившейся скорости движения шарика в ней, а также исследование процессов рассеяния энергии в диссипативной среде.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: цилиндрический сосуд с жидкостью, металлические шарики, аналитические весы, масштабная линейка, секундомер.

Опуская в цилиндрический сосуд  шарик(предварительно измерив расстояние между отметками) и засекая время во время его падения мы можем определить скорость падения шарика.

 

 

 

 

 

 

Исследуемые закономерности.

Небольшой шарик, падающий в вязкой жидкости, находится под действием 3ех сил: 

1)Сила тяжести

  (выраженная из F= mg, где m=pvg  ) где r - радиус шарика; - плотность шарика

2)Выталкивающая сила (Сила  Архимеда)

  (выраженная из F=pVg) где - плотность жидкости

3)Сила сопротивления среды  (Сила Стокса)

  где - вязкость жидкости; - скорость падения шарика.

Формула (3) применима к твердому шарику, окруженному  однородной жидкостью, при условии, что скорость шарика невелика и расстояние до границ жидкости значительно больше, чем диаметр шарика.

4)Результирующая сила (согласно 2му закону Ньютона)

 

В нашем случае, при , пока скорость невелика, шарик будет падать с ускорением. По достижении определенной скорости , при которой результирующая сила обращается в нуль, движение шарика становится равномерным. Скорость равномерного движения можно определить из условия

5)

Время, за которое тело могло  бы достичь стационарной скорости , двигаясь с начальным ускорением *, называют временем переходного процесса (или временем релаксации ) ( рисунок )

Временная зависимость  на всех этапах движения описывается выражением

₆₎

_{Определив установившуюся скорость ( ) из этого уравнения, можно из}

_{Выразить  коэффициент вязкости жидкости :}

7)

Преобразуя (7) получаем

8)

Где D - диаметр шарика ; - его масса.

 

Коэффициент численно равен силе трения между соседними слоями при единичной площади соприкосновения слоёв и единичном градиенте скорости в направлении, перпендикулярном слоям. Единицей вязкости служит .

В установившемся режиме движения сила трения и сила тяжести ( с учётом силы Архимеда ) равны друг другу и работа силы тяжести переходит целиком в теплоту. Диссипация энергии за 1 с ( мощность потерь ) находят как   , таким образом

 

ПРОТОКОЛ  НАБЛЮДЕНИЙ

ЛАБОРАТОРНАЯ  РАБОТА № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ  ДВИЖЕНИЯ ТЕЛ В ДИССИПАТИВНОЙ  СРЕДЕ

 

 

 Таблица 1. Измерение t(время падения шарика)

	1	2	3	4	5
t

 

 

Таблица 2. Измерение  m(масса шарика)   

	1	2	3	4	5
m

 

 

 

 

 

 

 

Экспериментальный макет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил    Голотин Н.С.

 

Факультет ФЭА

 

Группа № 2493

 

“      ” __________ _____

 

Преподаватель:

 

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

 

 

№	1	2	3	4	5
, кг
, м
, с
, м/с
, Па  с