液体粘滞系数的测量

实验八 落球法测量液体粘滞系数

概述

当液体流动时，平行于流动方向的各层流体速度都不相同，即存在着相对滑动，于是在各层之间就有摩擦力产生，这一摩擦力称为粘滞力，它的方向平行于两层液体的接触面，其大小与速度梯度及接触面积成正比，比例系数η称为粘度，它是表征液体粘滞性强弱的重要参数。液体的粘滞性的测量是非常重要的，例如，现代医学发现，许多心血管疾病都与血液粘度的变化有关，血液粘度的增大会使流入人体器官和组织的血流量减少，血液流速减缓，使人体处于供血和供氧不足的状态，这可能引起多种心脑血管疾病和其他许多身体不适症状。因此，测量血粘度的大小是检查人体血液健康的重要标志之一。又如，石油在封闭管道中长距离输送时，其输运特性与粘滞性密切相关，因而在设计管道前，必须测量被输石油的粘度。

各种实际液体具有不同程度的粘滞性。测量液体粘度有多种方法，本实验所采用的落球法是一种绝对法测量液体的粘度。如果一小球在粘滞液体中铅直下落，由于附着于球面的液层与周围其他液层之间存在着相对运动，因此小球受到粘滞阻力，它的大小与小球下落的速度有关。当小球作匀速运动时，测出小球下落的速度，就可以计算出液体的粘度。 一、实验目的

1、用落球法测液体的粘滞系数； 2、研究液体粘滞系数

落球法测量液体的粘滞系数

实验目的：

1.掌握落体法测量液体的粘滞系数的基本原理。 2.测定蓖麻油的粘滞系数。 实验器材：

变温粘度测量仪，ZKY-PID温控实验仪，秒表，螺旋测微器，钢球若干。 实验原理：

质量为m的金属小球在粘滞液体中下落时，它会受到三个力，分别是小球的重力G、小球受到的液体浮力F 粘滞阻力f。如果液体的粘滞性较大，小球的质量均匀、体积较小、表面光滑，小球在液体中下落时不产生漩涡，而且下落速度较小，则小球所受到的粘滞阻力为：

f?3??vd

其中?是液体的黏度，d是小球的直径，v是小球在流体中运动时相对于液体的速度。 当小球开始下落时，速度较小，所受到的粘滞力阻力也较小，这时小球的重力大于浮力和粘滞力阻力之和，小球做加速运动；随着小球速度的增加，小球所受到的粘滞阻力也随之增加，当小球的速度达到一定数值时，三个力达到平衡，小球所受合力为零，小球开始匀速下落，此时：

G=F+f

f F 即

v

mg??0gV?3??v0d

G 式中m、v分别表示小球的质量和体积，?0表示液体的密度。如用?表示小球的密度，则小球的体积V为v0

4?d?V????

3?2?3

小球的质量m为m??V??6d3?

代入?整理得

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落球法测量液体粘滞系数 Revised by BLUE on the afternoon of December 12,2020.

落球法测量液体粘滞系数

各种实际液体具有不同程度的粘滞性，当液体流动时，平行于流动方向的各层流体速度都不相同，即存在着相对滑动，于是在各层之间就有摩擦力产生，这一摩擦力称为粘滞力，它的方向平行于接触面，其大小与速度梯度及接触面积成正比，比例系数η称为粘度，它是表征液体粘滞性强弱的重要参数。

液体的粘滞性的测量是非常重要的，例如，现代医学发现，许多心血管疾病都与血液粘度的变化有关，血液粘度的增大会使流入人体器官和组织的血流量减少，血液流速减缓，使人体处于供血和供氧不足的状态，这可能引起多种心脑血管疾病和其他许多身体不适症状。因此，测量血粘度的大小是检查人体血液健康的重要标志之一。又如，石油在封闭管道中长距离输送时，其输运特性与粘滞性密切相关，因而在设计管道前，必须测量被输石油的粘度。

测量液体粘度有多种方法，本实验所采用的落球法是一种绝对法测量液体的粘度。如果一小球在粘滞液体中铅直下落，由于附着于球面的液层与周围其他液层之间存在着相对运动，因此小球受到粘滞阻

实验N 液体粘滞系数的测定

各种流体（液体、气体）都具有不同程度的粘性。当物体在液体中运动时，会受到附着在物体表面并随物体一起运动的液层与邻层液体间的摩擦阻力，这种阻力称为粘滞力（粘滞力不是物体与液体间的摩擦力）。流体的粘滞程度用粘滞系数表征，它取决于流体的种类、速度梯度，且与温度有关。

液体粘滞系数的测量非常重要。例如，人体血液粘度增加会使供血和供氧不足，引起心脑血管疾病；石油在封闭管道长距离输送时，其输运特性与粘滞性密切相关，在设计管道前必须测量被输石油的粘度。

液体粘滞系数的测量方法有毛细管法、圆筒旋转法和落球法等。本实验采用落球法测定液体的粘滞系数。

【实验目的】

1.了解用斯托克斯公式测定液体粘滞系数的原理，掌握其适用条件； 2.掌握用落球法测定液体的粘滞系数。

【预备问题】

1.如何判断小球作匀速运动？如何测量小球的收尾速度？

2.为什么实验中不能用手摸圆筒，不能正对并靠近圆筒液面呼吸？ 3.为什么在实验过程中要保持待测液体的温度稳定？

【实验仪器】

液体粘滞系数测定仪、螺旋测微计、游标卡尺、温度计、小钢球、待测液体等。

【实验原理】

如图1所示，当质量为m、体积为V的金属小球在密度为?液的?粘滞液体中下落时，受到三个铅直方向

实验6 落球法测液体的粘滞系数

【粘滞系数知识和斯托克斯公式】

液体都具有粘滞性，液体的粘滞系数（又称内摩擦系数或粘度）是液体粘滞性大小的量度，也是粘滞流体的主要动力学参数。研究和测定流体的粘滞系数，不仅在物性研究方面，而且在医学、化学、机械工业、水利工程、材料科学及国防建设中都有很重要的实际意义。例如，现代医学发现，许多心血管疾病都与血液粘度的变化有关，血液粘度的增大会使流入人体器官和组织的血流量减少，血液流速减缓，使人体处于供血和供氧不足状态，可能引发多种心脑血管疾病和其他许多身体不适症状，因此，测量血液粘度的大小是检查人体血液健康的重要标志之一。又如，石油在封闭管道中长距离输送时，其输运特性与粘滞性密切相关，因而在设计管道前，必须测量被输石油的粘度。液体的粘度受温度的影响较大，通常随着温度的升高而迅速减小。

测定粘滞系数的方法有多种，如转筒法、毛细管法、落球法等。转筒法，利用外力矩与内摩擦力矩平衡，建立稳定的速度梯度来测定粘度，常用于粘度为0.1～100

的流体；

毛细管法，通过一定时间内流过毛细管的液体体积来测定粘度，多用于粘度较小的液体如水、乙醇、四氯化碳等；落球法，通过小球在液体中的匀速下落，利用斯托克斯公式测定粘度，常用于粘度较大

普通物理实验C

课程论文

题 目 落球法变温粘滞系数测量与分析

物理科学与技术学院 学 院 _____________________ 物理学师范 专 业 _____________________ 2011 级 年 级 _____________________ 222011315231296 学 号 _____________________ 金则仙 姓 名 _____________________ 孙卫伟 指 导 教 师 _____________________ 论 文 成 绩 _____________________ 答 辩 成 绩 _____________________

2012年 12 月 7 日

落球法变温粘滞系数测量与分析实验研究

金则仙

西南大学物理科学与技术学院 物理师范三班

学号：222011315231296

摘要：本文主要探讨了对球法变温粘滞系数测量与分析实验的实验装置的一些改进和建议 。通过这些改进，希望能够减小实验，实验数据更加准确，实验过程更加快速方便。为了探究不同温度对液体粘滞系

落球法测量液体的粘滞系数

一、实验内容：

熟悉斯托克斯定律，掌握用落球法测量液体的粘滞系数的原理和方法。

二、实验仪器：

落球法粘滞系数测定仪、小钢球、蓖麻油、千分尺、激光光电计时仪

三、实验原理：

如图1，当金属小球在粘性液体中下落时，它受到三个铅直方向的力：小球的重力mg、液体作用于小球的浮力?gV（V为小球体积，?为液体密度）和粘滞阻力F（其方向于小球运动方向相反）。如果液体无限深广，在小球下落速度v较小的情况下，有：

F?6??rv （1）

D

图1 液体的粘滞系数测量装置

Ｆ ｆ L Ｐ H 上式称为斯托克斯公式，式中?为液体的粘滞系数，单位是Pa?s，r为小球的半径。

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。

小球开始下落时

消能减震技术作为一项新兴抗震技术在结构工程中的应用形式和范围已经越来越广,本文介绍了液体粘滞阻尼器的工作原理及其在结构加固工程中应用的设计计算方法,并辅以工程实例作具体说明。

维普资讯

第 3 0卷第 1期 20 0 8年 2月

工程抗震与加固改造

Vo . 0. 13 No. 1Fe b.2 0 08

Ea tq a e Re itn n ie rn d Rerft n rh u k ssa tE gn ei g a to t g n i i

[章编号】 10 . 1 (0 80.000文 028 220 )1 4 -3 4 0

液体粘滞阻尼器在加固改造工程中的应用张晶 (北京工业大学，北京 1 02 0 2) 0[摘要】消能减震技术作为一项新兴抗震技术在结构工程中的应用形式和范围已经越来越广，文介绍了液体粘滞阻尼 本

器的工作原理及其在结构加固工程中应用的设计计算方法，并辅以工程实例作具体说明。 [键词】抗震加固；体粘滞阻尼器；关液时程分析

[图分类号】 T 32 1中 U5.

[献标识码】 A文

T eAp l ain o s o sF u d Da e n S I n t el g En ie rn h pi t fVi u li

实验报告 系 级 姓名 日期 No. 评分：

实验题目：焦利氏秤法测量液体的表面张力

实验目的：学习并掌握用焦利氏秤法测量液体的表面张力的方法，加深对液体表

面张力的理解。

实验原理：

液体表层内分子力的宏观表现，使液面具有收缩的趋势。想象在液面上划一条线，表面张力就表现为直线两侧的液体以一定的拉力相互作用。这种张力垂直于该直线且与线的长度成正比，比例系数称为表面张力系数。

把金属丝AB弯成如图 (a)所示的形状，将其悬挂在灵敏的测力计上，浸到液体中，缓缓提起测力计时，金属丝就会拉出一层与液体相连的液膜，由于表面张力的作用，测力计的读数逐渐达到一最大值F（超过此值，膜即破裂）。。由于液膜有两个表面，若每个表面的力为F?，则由 F?mg?2F' 得 F'?F?mg （1） 2表面张力F’的大小与分界线的长度成正比。即

F'??l

旋转液体物理特性的测量

1．背景及应用

早在力学创建之初,就有牛顿的水桶实验,牛顿发现,当水桶中的水旋转时,水会沿着桶壁上升。旋转的液体有一些独特的物理特征。如盛有液体的圆柱形容器绕其圆柱面的对称轴匀速转动时,旋转液体的表面将成为抛物面；通过旋转液体，可以分离不同比重的液体等等。

根据旋转液体的这些特性，产生了一系列的应用。如目前广泛应用的分离机等。图1给出了一种液体镜头，它在一个大容器里旋转水银。由于旋转液体的表面是一个理想的抛物面，同时水银能很好地反射光线，所以能起反射镜的作用。通常这样一个光滑的曲面，完全可以代替需要大量复杂工艺并且价格昂贵的玻璃镜头，从而可以有效地降低大型望远镜的制造成本。

图1 大型望远镜的液体镜片

2. 实验原理

盛有液体的圆柱形容器绕其圆柱面的对称轴匀速转动时,旋转液体的表面将成为抛物面。抛物面的参数与重力加速度和旋转角速度有关，利用此性质可以测重力加速度；旋转液体的上凹面可作为光学系统加以研究,还可测定液体折射率等。

1）旋转液体表面公式

牛顿发现,当圆柱体中的水旋转时,水会沿着圆柱体壁上升。定量计算时，选取随圆柱形容器旋转的参考系，这是一个转动的非惯性参考系。液体相对于参考系静止，任选一小块液体P，