用落球法测定液体粘度

用落球法测定液体粘度第一页，共十二页，2022年，8月28日

实验原理1．斯托克斯公式的简单介绍

粘滞阻力是液体密度、温度和运动状态的函数。从流体力学的基本方程出发可导出斯托克斯公式：粘滞阻力：

斯托克斯定律成立的条件有以下5个方面：

1）媒质的不均一性与球体的大小相比是很小的；

2）球体仿佛是在一望无涯的媒质中下降；

3）球体是光滑且刚性的；

4）媒质不会在球面上滑过；

5）球体运动很慢，故运动时所遇的阻力系由媒质的粘滞性所致，而不是因球体运动所推向前行的媒质的惯性所产生。第二页，共十二页，2022年，8月28日当质量为、体积为的小球在密度为的液体中下落时，作用在小球上的力有三个，即：（1）重力

，（2）液体的浮力

，（3）液体的粘性阻力

。这三个力都作用在同一铅直线上，重力向下，浮力和阻力向上。

球刚开始下落时，速度很小，阻力不大，小球作加速度下降。随着速度的增加，阻力逐渐加大，速度达一定值时，阻力和浮力之和将等于重力，那时物体运动的加速度等于零，小球开始匀速下落，即第三页，共十二页，2022年，8月28日此时的速度称为终极速度。由此式可得令小球的直径为d，将，，

代入上式，得（2）第四页，共十二页，2022年，8月28日由于液体在容器中，而不满足无限宽广的条件，这时实际测得的速度和上述式中的理想条件下的速度之间存在如下关系：式中为盛液体圆筒的内直径，为筒中液体的深度，将（3）式代入（2）式得出（3）第五页，共十二页，2022年，8月28日实验器材ND-1型液体粘度系数测定仪、游标卡尺、螺旋测微器、米尺、秒表、水银温度计、密度计、镊子、小钢球等123ＦｆＰLHD液体的粘滞系数测量装置示意图及原理图第六页，共十二页，2022年，8月28日实验步骤1、调整粘滞系数测定仪及实验准备（1）调整底盘水平，在仪器横梁中间部位放重锤部件，调节底盘旋钮，使重锤对准底盘的中心圆点。（2）将实验架上的上、下两个激光器接通电源，可看见其发出红光。调节上、下两个激光器，使其红色激光束平行地对准锤线。（3）收回重锤部件，将盛有被测液体的量筒放置到实验架底盘中央，并在实验中保持位置不变。（4）在实验架上放上钢球导管。小球用乙醚、酒精混合液清洗干净，擦干备用。（5）将小球放入钢球导管，看其是否能阻挡光线，若不能，则适当调整激光器位置。第七页，共十二页，2022年，8月28日2、用温度计测量油温，在全部小球下落完后再测量一次油温，取平均值作为实际油温。3、用液体密度计测量甘油的密度，用游标卡尺测量筒的内直径,用卷尺测量油柱深度H。4、测量下落小球的匀速运动速度（1）测量上下两个激光束之间的距离。（2）用激光光电门与电子记时仪测量下落时间。5、计算液体的粘度及标准不确定度。第八页，共十二页，2022年，8月28日3、操作中的注意事项1）实验时，油中应无气泡。2）因为油的粘度随温度改变会发生显著变化，因此，实验中不要用手捧摸圆筒，以尽力保证实验中油温恒定。每次实验结束时，应随时记录油的温度。3）小球放入时应轻而稳，不要使小球上附着气泡，并且小球应沿各圆筒的中心轴线下落。4）测量时间时，眼睛应与小球处于水平位置。第九页，共十二页，2022年，8月28日4、数据处理测量量测量次第平均值12345圆筒直径m)

下落距离m)

小球直径d(cm)

次123456（s）

几何参数的测量（小球的密度==7.90Kg/m3，油的密度

=0.958

Kg/m3）实验过程中小球下落的时间T1=

0C，T2=

0C

第十页，共十二页，2022年，8月28日5数据处理要求（1）利用

计算（2）计算标准不确定度①计算

，

，②

，计算，③计算，，④计算，，，⑤计算其中，，，（3）给出实验结果：第十一页，共十二页，2