в’язке тертя

в’язке тертя

Сила в’язкого тертя діє на тіло, що рухається у в’язкому середовищі (рідкому або газоподібному). Вона залежить від форми і розмірів тіла, швидкості його руху, а також від фізичних властивостей середовища: зокрема — від щільності r і в’язкості m.

Ньютон експериментально досліджував силу в’язкого тертя, що виникає при відносному ковзанні двох поверхонь I і II, розділених шаром рідини (рис. 8).

Ця сила виявилася пропорційною швидкості V рухомий пластини I, її площі S і обернено пропорційною товщині h розділового шару рідини:

Тут m — в’язкість рідини, [Па × с].

У 1851 році англійський фізик Джордж Стокс розрахував силу в’язкого опору, що діє на твердий куля радіуса r при його повільному поступальному русі в необмеженої в’язкому середовищі:

Ця формула відома як закон Стокса.

Покажемо, як, використовуючи цей закон, можна експериментально визначити в’язкість рідини m.

На кулю радіуса r. падаючий в в’язкому середовищі будуть діяти три сили (рис. 9): сила тяжіння P = rтgV. сила в’язкого опору Fв.тр. = 6pmrv і сила гідростатичного виштовхування (Архімеда) FАрх. = rжgV. Тут — об’єм кулі.

Під дією цих сил рух кулі буде відбуватися з прискоренням:

Важливо помітити, що в чисельнику цього виразу перші два доданків залишаються постійними, а третє в процесі руху збільшується в міру зростання швидкості кулі v .

При цьому прискорення буде зменшуватися і стане рівним нулю, коли рівнодіюча сил (чисельник) звернеться в нуль:

Далі рух буде відбуватися з постійною швидкістю v0 .

Вирішимо останнє рівняння щодо коефіцієнта в’язкості m:

Для обчислення в’язкості рідини m потрібно виміряти rт і rж — щільність речовини кулі і рідини; r і v0 — радіус кулі і швидкість його рівномірного падіння в середовищі. Звичайно, доведеться обчислити і об’єм кулі V =. Ця проста методика вимірювання в’язкості і сьогодні широко використовується в «віскозиметрах Стокса».

188.123.231.15 © studopedia.ru Чи не є автором матеріалів, які розміщені. Але надає можливість безкоштовного використання. Є порушення авторського права? Напишіть нам.

В’язки (ЖИДКОЕ) ТЕРТЯ

Цікаво, що абсолютно сухі тіла в природі практично не зустрічаються. При будь-яких умовах утримання техніки на поверхні твердого речовини утворюються тонкі плівки атмосферних опадів, жирів і т.д. Тертя між твердим тілом і рідиною або газом називається в’язким або рідким тертям.

Де виникає в’язке тертя?

в'язке тертя

В’язке тертя виникає при русі твердих тіл в рідкому або газоподібному середовищі, або коли сама рідина або газ течуть повз нерухомих твердих тіл.

Яка причина в’язкого тертя?

в'язке тертя

Причина виникнення в’язкого тертя — це внутрішнє тертя. Якщо тверде тіло рухається в нерухомому середовищі, що прилип до нього шар води або повітря переміщається разом з ним. При цьому він ковзає уздовж сусіднього шару. Виникає сила тертя, захоплива цей шар. Він приходить в рух і в свою чергу захоплює наступний шар і т. Д. Чим далі від поверхні тіла, тим повільніше рухаються шари рідини або газу. Сила тертя між шарами гальмує більш швидкі шари і, отже, саме тверде тіло. Воно гальмується безпосередньо в’язким тертям. Те ж саме відбувається, коли потік рідини або газу тече повз нерухомого тіла.

Цікаві особливості в’язкого тертя!

в'язке тертя

Налийте в тарілку трохи води і опустіть туди тріску. Подуйте на тріску — вона попливе по воді. І навіть якщо ви подули слабо, тріска все одно зрушиться з місця. Головна відмінність в’язкого тертя від сухого полягає в тому, що не існує в’язкого тертя спокою!

Як би не мала була сила тяги, що діє на тіло, вона відразу ж викликає рух тіла в рідині. Чим менше ця сила, тим повільніше буде плисти тіло.

Від чого залежить сила тертя в рідині або газі?

Сила тертя, яку відчувають рухомим тілом, наприклад, в рідині,
залежить від швидкості руху, від форми і розмірів тіла і від властивостей рідини.

При малих швидкостях руху сила опору прямо пропорційна швидкості руху і лінійного розміру тіла. Тіла відчувають тим більшу силу спротиву, ніж густішою (в’язкої) буде середа. А рідини можуть бути не в’язкі, як вода, або дуже в’язкі, як мед. У води в’язкість менше, ніж у клею, а у клею — менше, ніж у смоли.

А в’язкість залежить від температури рідини.
Наприклад, взимку мотор стояв на морозі автомобіля доводиться розігрівати.
Робиться це для того, щоб зігріти застигле масло, залите в мотор
В’язкість застиглого масла більше. ніж у нагрітого, і мотор не може швидко обертатися.
Навпаки, в’язкість газів з пониженням температури падає.

При збільшенні швидкості тіла змінюється опору середовища. Воно залежить від характеру обтікання рухається в ньому тіла. На великих швидкостях позаду рухомого тіла виникає складне турбулентний плин, утворюються химерні фігури, кільця і ​​вихори.

в'язке тертя
Турбулентний опір руху залежить вже від щільності середовища, квадрата швидкості тіла і розмірів (в квадраті) тіла. Турбулентний опір зменшується в багато разів після надання рухомого тіла обтічної форми. Найкращою для тіла, що рухається в товщі рідини або газу, є форма, тупа спереду і гостра ззаду (наприклад, у дельфінів і китів).

На деяких древніх малюнках, знайдених в пірамідах, зображені єгиптяни, підливають молоко під полози саней. на яких вони тягнуть кам’яні брили.

У дійшли до нас опорах колодязних коміром часів бронзового століття (V століття до н. Е.) Виявлено сліди оливкового масла, яке допомагало послабити тертя.

Що ж таке "смазка9quot ;?

Так кажуть про мастило: «йде як по маслу».

Там, де доводиться мати справу з ковзанням сухих поверхонь, їх намагаються зробити мокрими, змастити. Втулки коліс мажуть дьогтем або тавотом; в підшипники заливають масло, набивають солідол. На електростанціях, є навіть спеціальна посада маслёнщіка, підливають з маслянки мастило в труться. На залізниці теж є мастильники. Завдяки мастилі тертя зменшується в 8-10 разів.

Які натуральні рідини краще підходять для змащення?
Це рослинні жири, масло, яловиче або свиняче сало, дьоготь. Але з розвитком техніки були знайдені інші, більш дешеві мастильні матеріали — мінеральні масла, що виходять при переробці нафти.

Як сучасних мастильних речовин можна назвати машинне, авіаційне, дизельне масла, тавотом, солідол, технічний вазелін, автол, нігрол, веретенне масло, рушничне масло.

З’ясувалося, що чим масивніше обертається, наприклад, деталь, тим густіше повинна бути мастило. Важкі вали гідротурбін змащують густим тавотом, а ходові частини кишенькового годинника — рідким і прозорим кістяним маслом. Хороша мастило повинна мати «олійністю». Тоді при зупинці машини в зазорі між труться частинами залишається найтонший шар мастила, і при пуску машини в хід не доводиться долати тертя спокою між зовсім сухими поверхнями. Цим знижує тертя і знос деталей, що труться. При роботі машини мастило розігрівається і частково втрачає свої властивості, тому для охолодження мастила застосовують спеціальні пристосування. А ще створені такі мастильні суміші, які добре працюють навіть на дуже великому морозі.

А ось найпоширенішу в природі рідина — воду рідко використовують як мастило. Вона має малу в’язкістю і, крім того, викликає корозію багатьох металів.

Цікаво.
. що є рідина, яка збільшує тертя Це — гудрон!

в'язке тертя

Необережність з вогнем — головна причина пожежі для всіх споруд. А ось для вітряних млинів, зараз практично зниклих, однією з основних причин пожежі був сильний вітер, так як при сильному вітрі у них часто спалахувала вісь від тертя.

в'язке тертя

Якщо в брезентовий пожежний шланг подавати воду під великим тиском, його може розірвати. А якщо брезент взяти попрочнее? Американські пожежники провели такий експеримент. Шланг не розірвало, але коли швидкість потоку води досягла 100 літрів в секунду, то шланг загорівся від тертя води об брезентові стінки.

При змащення тертьових поверхонь мастилом сухе тертя замінюється в’язким і зменшується.

в'язке тертя

Рідини є мастилом при терті, але при витягуванні з дерев’яного виробу, довго перебував під дощем або в сирому місці. убитих цвяхів потрібно докласти куди більше зусиль, ніж при витягуванні з сухою! Справа в тому, що проміжки між частинками деревини, набряклі від вологи, збільшуються, і цвях сильніше стискається волокнами деревини, при цьому сила тертя збільшується.

в'язке тертя

Коли приливна хвиля рухається по океанському дну, сили тертя призводять до уповільнення обертання Землі і подовженню доби.

В’язке тертя призводить до втрати механічної енергії рухомого тіла, тому що гальмує його. Але це не означає, що, наприклад літак буде краще »летіти в середовищі, позбавленої в’язкого тертя. Літак в такому повітрі взагалі не зможе злетіти, тому що підйомна сила його крила і сила тяги його повітряного гвинта будуть рани нулю!

в'язке тертя

Лінійна швидкість супутника, що рухається в розріджених шарах атмосфери, через опір повітря збільшується! Парадокс пояснюється тим, що зменшується радіус орбіти і частина потенційної енергії супутника перетворюється в кінетичну.

в'язке тертя

Для судна водотоннажністю близько 35 тис. Т і довжиною близько 180 м втрати на тертя об воду при ході 14 вузлів соcтавляют приблизно 75% загальної потужності, а решта 25% витрачаються на подолання волнoвoгo опору. Цікаво, що цей останній вид втрат значно зменшується при русі тіла в підводному положенні.

в'язке тертя

Наша атмосфери у земної поверхні приблизно в 800 разів менше щільна, ніж вода, але і вона може створити величезну протіводейcтвіе руху. Так, звичайний потяг при швидкості 200 км / год витрачає на подолання опору повітря близько 70% всієї потужності. Навіть при добре обтічної форми ця цифра не знижується нижче половини всієї потужності.

в'язке тертя

Уже перші летательниe апарати чітко відчули гігантську силу опору повітря. І з цього моменту зниження лобового опору за рахунок кращої обтічності стало однією з головних проблем розвитку авіації. Адже тертя об повітря не тільки поглинає енергію двигунів, а й призводить до небезпечного перeгреву літака в щільних шарах атмосфери. Але в той же час потік, що набігає служить одним із джерел підйомної сили літаків

Джерело: Л.П.Лісовскій.
"Тертя в природі й техніці",
журн. "Квант9quot ;.

Інші сторінки по темі «У світі тертя»:

Як ми ходимо?
Це придумав адмірал Макаров
тертя спокою
Тертя на Місяці
Тертя на дорогах
Світ без тертя
Тертя в спорті
Підшипники
Тертя і паровоз
"Мідний вершник"
Тертя в живій природі
Суха (тверда) мастило
витяг вогню
В’язке (рідке) тертя
Урок про терті

в'язке тертя

в'язке тертя

/ Фізика / Метод Стокса відповіді

1.Поясніть виникнення сили в’язкого тертя в рідині

В’язке тертя виникає при русі твердих тіл в рідкому або газоподібному середовищі, або коли сама рідина або газ течуть повз нерухомих твердих тіл.

Причина виникнення в’язкого тертя — це внутрішнє тертя. Якщо тверде тіло рухається в нерухомому середовищі, що прилип до нього шар води або повітря переміщається разом з ним. При цьому він ковзає уздовж сусіднього шару. Виникає сила тертя, захоплива цей шар. Він приходить в рух і в свою чергу захоплює наступний шар і т. Д. Чим далі від поверхні тіла, тим повільніше рухаються шари рідини або газу. Сила тертя між шарами гальмує більш швидкі шари і, отже, саме тверде тіло. Воно гальмується безпосередньо в’язким тертям. Те ж саме відбувається, коли потік рідини або газу тече повз нерухомого тіла.

Сила в’язкого тренія- Це явище виникнення дотичних сил, що перешкоджають переміщенню частин рідини або газу один по відношенню до одного. Мастило між двома твердими тілами замінює сухе тертя ковзання тертям ковзання шарів рідини або газу по відношенню один до одного. Швидкість частинок середовища плавно змінюється від швидкості одного тіла до швидкості іншого тіла.

Величина сили в’язкого тертя пропорційна швидкості відносного руху V тел, пропорційна площі S і обернено пропорційна відстані між площинами h:F = — VS / h

2. Запишіть закон Ньютона для сили внутрішнього тертя в рідині і з’ясуйте фізичний зміст коефіцієнта в’язкості

Закон в’язкого тертя був встановлений Ньютоном. Він має вигляд:

де в'язке тертя— дотична сила, що викликає зсув шарів рідини один щодо одного; в'язке тертя— площа шару, по якому відбувається зсув; в'язке тертя— градієнт швидкості течії рідини (швидкість зміни швидкості від шару до шару); коефіцієнт пропорційності в'язке тертя— коефіцієнт в’язкості (внутрішнього тертя) рідини. В СІ размерность в'язке тертя = Пас.

В умовах усталеного ламінарного течії при постійній температурі Т коефіцієнт в’язкості рідини- в'язке тертяпрактично не

Фізичний сенс коефіцієнта в’язкості полягає в тому, що він показує, чому дорівнює сила внутрішнього тертя, що діє на одиницю площі поверхні дотичних шарів при одиничному градієнті швидкості. Одиниця виміру коефіцієнта в’язкості в СІ — 1 паскаль-секунда (Па · с)

3. Зобразіть на кресленні сили, що діють на кульку при його русі в в’язкої рідини з постійною швидкістю. Виведіть розрахункову формулу (7).

4. Охарактеризуйте метод Стокса визначення коефіцієнта внутрішнього тертя рідини.

Одним з методів експериментального визначення коефіцієнта в’язкості рідини є метод Стокса. При русі тіла в рідині на нього діє сила опору. Стокс вивів формулу, для сили опору, що діє на кулю, що рухається в рідині поступально з постійною швидкістю. Формула Стокса має вигляд:

тут в'язке тертя— сила опору; в'язке тертя— коефіцієнт в’язкості; в'язке тертя— радіус кульки; в'язке тертя— швидкість поступального руху кульки. Відзначимо, що формула Стокса справедлива лише за умови, що при русі не виникає турбулентність (завихрення) рідини. Рух прилеглих до кульки шарів повинно бути ламінарним. Ця умова виконується при:

де в'язке тертя— число Рейнольдса — один з так званих критеріїв подібності; в'язке тертя— щільність рідини. Відзначимо, що критерії подібності дають можливість підбирати оптимальні умови експерименту; вони широко використовуються в гідродинаміки, явищах переносу, теорії теплопередачі і ін. Критерії подібності дають правила перерахунку з моделі на натуральну конструкцію для явищ, в яких необхідно враховувати велику кількість факторів.

Чому верхня мітка на скляному циліндрі розташована трохи нижче рівня рідини в ньому?

Верхня мітка повинна розташовуватися нижче рівня води з таким розрахунком, щоб швидкість кульки до моменту проходження цієї мітки встигала встановитися

Чи можна брати порожнисті кульки? Чому?

Ні, тому що це може пошкодити точності експерименту так як щільність порожнистих куль менше повних. Також в експерименті важливо щоб щільність Шарика була більше щільності води.

Поясніть залежність коефіцієнта в’язкості рідини від температури.

ламінарний плин— протягом, при якомурідинаабогазпереміщається шарами без перемішування і пульсацій (тобто безладних швидких змін швидкості і тиску).

В’язкість рідини (на відміну від в’язкості газів) обумовлена ​​міжмолекулярним взаємодією, що обмежує рухливість молекул між шарами, з одного боку, і наявністю вакантних місць, з іншого. Два дотичних шару молекул рідини, що рухаються з різними швидкостями, взаємодіють між собою і змінюють швидкість один одного. З підвищенням температури відстань між шарами збільшується, тому сила взаємодії між ними зменшується, що призводить до зменшення в’язкості рідини. Крім того, зі збільшенням температури різко зростає число вакансій, що так само призводить до зменшення в’язкості, оскільки шар щодо шару переміщається не як єдине ціле, а завдяки поступовому переходу молекул від однієї вакансії до іншої. Молекули рідини (як і в газах) можуть переходити з шару в шар, але такий механізм в’язкості в рідинах не є визначальним.

чому при в'язке тертя< 2 з виходить велика похибка

Вивчення сил в’язкого тертя

Мета роботи: вивчення явища в’язкого тертя і одного з методів визначення в’язкості рідин.

Прилади й приналежності: кульки різного діаметру, мікрометр, штангенциркуль, лінійка.

Елементи теорії та метод експерименту

Всім реальним рідин і газів притаманне внутрішнє тертя, зване також в’язкістю. В’язкість проявляється, зокрема, в тому, що виникло в рідині або газі рух після припинення дії причин, його викликали, поступово припиняється. З повсякденного досвіду, наприклад, відомо, що для того щоб створити і підтримувати постійну течію рідини в трубі, необхідна наявність між кінцями труби різниці тисків. Оскільки при сталому перебігу рідина рухається без прискорення, необхідність дії сил тиску вказує на те, що ці сили врівноважуються якимись силами, що гальмують рух. Цими силами є сили внутрішнього тертя.

Можна виділити два основні режими течії рідини або газу:

При ламінарному режимі течії потік рідини (газу) можна розбити на тонкі шари, кожен з яких рухається в загальному потоці зі своєю швидкістю і не перемішується з іншими верствами. Ламінарний плин є стаціонарним.

При турбулентному режимі протягом стає нестаціонарним — швидкість частинок в кожній точці простору весь час безладно змінюється. У потоці при цьому відбувається інтенсивне перемішування рідини (газу).

Розглянемо ламінарний режим течії. Виділимо в потоці два шари площею S. знаходяться на відстані ΔZ один від одного і рухаються з різними швидкостями V 1 і V 2 (рис. 1). Тоді між ними виникає сила в’язкого тертя, пропорційна градієнту швидкості DV / DZ в напрямку, перпендикулярному до напрямку течії:

в'язке тертяде коефіцієнт #&56; за визначенням називається в’язкістю або коефіцієнтом внутрішнього тертя, DV =V 2V 1.

З (1) видно, що в’язкість вимірюється в паскаль-секундах (Па · с).

Необхідно відзначити, що в’язкість залежить від природи і стану рідини (газу). Зокрема, значення в’язкості може істотно залежати від температури, що спостерігається, наприклад, у води (див. Додаток 2). Чи не облік цієї залежності на практиці в ряді випадків може привести до значних розбіжностей між теоретичними розрахунками і експериментальними даними.

У газах в’язкість обумовлена ​​зіткненням молекул (див. Додаток 1), в рідинах — міжмолекулярним взаємодією, що обмежує рухливість молекул.

Значення в’язкості деяких рідких і газоподібних речовин наведені у додатку 2.

Як вже зазначалося, протягом рідини або газу може проходити в одному з двох режимів — ламинарном або турбулентному. Англійський фізик Осборн Рейнольдс встановив, що характер перебігу визначається значенням безрозмірною величини

де в'язке тертя — величина, яка називається кінематичною в’язкістю, V — швидкість рідини (або тіла в рідині), D — деякий характерний розмір. У разі течії рідини в трубі під D розуміють характерний розмір поперечного перерізу цієї труби (наприклад, діаметр або радіус). При русі тіла в рідині під D розуміють характерний розмір цього тіла, наприклад діаметр кульки. при значеннях Re< 1000 протягом вважається ламінарним, при Re> 1000 протягом стає турбулентним.

в'язке тертя

в'язке тертя

Одним з методів вимірювання в’язкості речовин (віскозиметрії) є метод падаючої кульки, або метод Стокса. Стокс показав, що на кульку, що рухається зі швидкістю V у в’язкому середовищі, діє сила в’язкого тертя, що дорівнює. де D — діаметр кульки.

Розглянемо рух кульки при його падінні. За другим законом Ньютона (рис. 2)

в'язке тертя

в'язке тертя,

де F — сила в’язкого тертя, в'язке тертя — сила Архімеда, в'язке тертя — сила тяжіння, #&61;Ж І #&61; — щільності рідини і матеріалу кульок відповідно. Рішенням цього диференціального рівняння буде наступна залежність швидкості кульки від часу:

де V 0 — початкова швидкість кульки, а

Є швидкість усталеного руху (при T >9gt; τ). величина в'язке тертя є час релаксації. Ця величина показує, наскільки швидко встановлюється стаціонарний режим руху. Зазвичай вважають, що при T ≈3 #&64; рух практично не відрізняється від стаціонарного. Таким чином, вимірявши швидкість VУ. можна розрахувати вязкоcть рідини. Відзначимо, що формула Стокса застосовна при числах Рейнольдса менше 1000, то є при ламінарному режимі обтікання рідиною кульки.

Лабораторна установка для вимірювання в’язкості рідин за методом Стокса є скляну посудину, заповнений досліджуваної рідиною. Зверху, уздовж осі циліндра, кидають кульки. У верхній і нижній частинах посудини є горизонтальні мітки. Вимірюючи за допомогою секундоміра час руху кульки між мітками і знаючи відстань між ними, знаходять швидкість усталеного руху кульки. Якщо циліндр вузький, то в розрахункову формулу треба внести поправки на вплив стінок.

З урахуванням цих поправок формула для розрахунку в’язкості набуде вигляду:

де L — відстань між мітками, D — діаметр внутрішньої частини посудини.

Порядок виконання роботи

1. Виміряти за допомогою штангенциркуля внутрішній діаметр судини, за допомогою лінійки — відстань між горизонтальними мітками на посудині і за допомогою мікрометра — діаметри всіх кульок, які використовуються в експерименті. Прискорення сили тяжіння вважати рівним 9,8 м / с2. Щільність рідини і щільність речовини кульок вказані на лабораторній установці.

2. Опускаючи черзі кульки на рідину, виміряти час проходження кожним з них шляху між мітками. Результати занести в таблицю. У таблиці вказуються номер експерименту, діаметр кульки і час його проходження, а також результат розрахунку в’язкості для кожного досвіду.

3. Оцінити абсолютну похибка результатів вимірювань і отримати остаточний результат для значення #&56;. При цьому користуватися такими формулами:

в'язке тертя,

в'язке тертя,

в'язке тертя, в'язке тертя, в'язке тертя,

де Ct. Cd. CL — ціна поділки приладу, яким було вироблено відповідне вимір, K = 1,1, Tc = 1,96 (для довірчої ймовірності P = = 0,95).

4. Визначити значення числа Рейнольдса для одного з дослідів і зробити висновок про можливість застосування формули Стокса.

5. Оцінити шлях, пройдений кулькою до встановлення стаціонарного режиму руху. Очевидно, що за час T пройдений шлях визначається інтегралом

в'язке тертя

Покажіть, що при T = 3 #&64; шлях S = 2V Y #&64;, Та оцініть цю величину. Зробіть висновки про коректність проведеного досвіду.

Записи по темі

Коефіцієнт в’язкості. Коефіцієнт динамічної в’язкості. Фізичний сенс коефіцієнта в’язкості

в'язке тертя

Час бити на сполох: 11 ознак, що ваш партнер вам змінює Зрада — це найстрашніше, що може трапитися у відносинах двох людей. Причому, як правило, все відбувається не як у фільмах або серіалах, а набагато.

в'язке тертя

Навіщо потрібен крихітний кишеню на джинсах? Всі знають, що є крихітний кишеню на джинсах, але мало хто замислювався, навіщо він може бути потрібен. Цікаво, що спочатку він був місцем для хр.

в'язке тертя

Непрощенні помилки у фільмах, яких ви, ймовірно, ніколи не помічали Напевно, знайдеться дуже мало людей, які б не любили дивитися фільми. Однак навіть в кращому кіно зустрічаються помилки, які можуть помітити глядачі.

в'язке тертя

13 ознак, що у вас найкращий чоловік Чоловіки — це воістину великі люди. Як шкода, що хороші подружжя не ростуть на деревах. Якщо ваша друга половинка робить ці 13 речей, то ви можете с.

в'язке тертя

Що форма носа може сказати про вашої особистості? Багато експертів вважають, що, подивившись на ніс, можна багато чого сказати про особу людини. Тому при першій зустрічі зверніть увагу на ніс незнайомий.

в'язке тертя

Наші предки спали не так, як ми. Що ми робимо неправильно? У це важко повірити, але вчені і багато істориків схиляються до думки, що сучасна людина спить зовсім не так, як його давні предки. Від самого початку.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *