ΜΕΤΡΗΣΗ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΤΡΙΒΗΣ

Σχετικά έγγραφα
Άσκηση 9. Προσδιορισμός του συντελεστή εσωτερικής

Α Σ Κ Η Σ Η 2 ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΟΥ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗ ΙΞΩΔΟΥΣ ΥΓΡΟΥ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ

ΣΥΣΚΕΥΗ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΙΞΩΔΟΥΣ ΥΓΡΩΝ

ΤΟΠΙΚΟΣ ΠΡΟΚΡΙΜΑΤΙΚΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ EUSO Ε.Κ.Φ.Ε. Νέας Σμύρνης

3. Τριβή στα ρευστά. Ερωτήσεις Θεωρίας

Δραστηριότητα A3 - Φυσική Ιξώδες και δείκτης διάθλασης ελαιόλαδου

ΟΡΙΑΚΟ ΣΤΡΩΜΑ: ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΙ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ. Σημειώσεις. Επιμέλεια: Άγγελος Θ. Παπαϊωάννου, Ομοτ. Καθηγητής ΕΜΠ

v = 1 ρ. (2) website:

ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΥΛΙΚΩΝ. Μετρήσεις με Διαστημόμετρο και Μικρόμετρο

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΡΕΥΣΤΑ ΣΕ ΚΙΝΗΣΗ

Εργαστήριο Μηχανικής Ρευστών. Εργασία 1 η : Πτώση πίεσης σε αγωγό κυκλικής διατομής

ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ. Ρευστά. Επιμέλεια: ΑΓΚΑΝΑΚΗΣ A.ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ, Φυσικός.

Το φαινόµενο πτώση σώµατος στον αέρα, δεν είναι και τόσο απλό όσο πιστεύουµε. Η απάντηση στο ερώτηµα: Τελικά, ποια σώµατα πέφτουν πιο γρήγορα; Τα βαρύ

ΥΔΡΑΥΛΙΚΕΣ ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΡΟΗ ΝΕΡΟΥ ΣΕ ΚΛΕΙΣΤΟ ΑΓΩΓΟ

Στο διπλανό σχήμα το έμβολο έχει βάρος Β, διατομή Α και ισορροπεί. Η δύναμη που ασκείται από το υγρό στο έμβολο είναι

ΦΥΣΙΚΗ ΟΜΑΔΑΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ

ΕΝΟΤΗΤΑ 4: Η ΤΡΙΒΗ ΣΤΑ ΡΕΥΣΤΑ ΘΕΜΑΤΑ ΠΡΟΣ ΕΠΙΛΥΣΗ ΘΕΜΑ Β. Ένα πραγματικό ρευστό ρέει σε οριζόντιο σωλήνα σταθερής κυλινδρικής διατομής.

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΝΑΥΠΗΓΩΝ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΝΑΥΤΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΝΑΥΤΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ I. Εργαστηριακή Άσκηση

υδροδυναμική Σταθερή ασυμπίεστη ροή σε αγωγούς υπό πίεση

[1, N/m 2, 0,01m, 101, N/m 2, 10g]

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 03/05/2015 ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

ΡΕΥΣΤΑ. Φυσική Θετικού Προσανατολισμου Γ' Λυκείου

ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΡΕΥΣΤΩΝ. Πτώση πίεσης σε αγωγό σταθερής διατομής 2η εργαστηριακή άσκηση. Βλιώρα Ευαγγελία

Διαγώνισμα Φυσικής Γ Λυκείου ~~ Ρευστά ~~

website:

Διαγώνισμα Φυσικής Γ Λυκείου 5/3/2017

Ονοματεπώνυμο: Μάθημα: Ύλη: Επιμέλεια διαγωνίσματος: Αξιολόγηση: Φυσική Προσανατολισμού Ρευστά Ιωάννης Κουσανάκης

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ 7-9

1 η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ: ΟΡΙΑΚΟ ΣΤΡΩΜΑ ΜΕΛΕΤΗ ΣΤΡΩΤΟΥ ΟΡΙΑΚΟΥ ΣΤΡΩΜΑΤΟΣ ΕΠΑΝΩ ΑΠΟ ΑΚΙΝΗΤΗ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΕΠΙΠΕΔΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ

υδροδυναμική Σταθερή ασυμπίεστη ροή σε αγωγούς υπό πίεση

Εργαστήριο Μηχανικής Ρευστών. Εργασία 2 η Κατανομή πίεσης σε συγκλίνοντα αποκλίνοντα αγωγό.

ΡΟΗ ΑΕΡΑ ΓΥΡΩ ΑΠΟ ΚΥΛΙΝΔΡΟ

Διατήρηση της Ύλης - Εξίσωση Συνέχειας

Απώλειες φορτίου Συντελεστής τριβής Ο αριθμός Reynolds Το διάγραμμα Moody Εφαρμογές

Κεφάλαιο 1 - Μέτρηση πυκνότητας και ιξώδους ρευστών

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 1 η & 2 η : ΟΡΙΑΚΟ ΣΤΡΩΜΑ

ΦΥΣΙΚΗ ΟΜΑΔΑΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ

ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΜΑΘΗΜΑ: ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΡΕΥΣΤΩΝ

Υδροδυναμική. Σταθερή ασυμπίεστη ροή σε αγωγούς υπό πίεση: Στρωτή και τυρβώδης ροή Γραμμικές απώλειες

Προσδιορισµός του συντελεστή εσωτερικής τριβής (ιξώδους) υγρών µε την µέθοδο της πτώσης µικρών σφαιρών

Ορμή και Δυνάμεις. Θεώρημα Ώθησης Ορμής

ΦΥΣΙΚΗ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΗ ΥΛΗ: ΡΕΥΣΤΑ -ΣΤΕΡΕΟ 24/02/2019

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΡΕΥΣΤΑ ΣΕ ΚΙΝΗΣΗ

ΕΝΟΤΗΤΑ 2: ΡΕΥΣΤΑ ΣΕ ΚΙΝΗΣΗ ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΗΣ ΥΛΗΣ ΚΑΙ ΕΞΙΣΩΣΗ ΣΥΝΕΧΕΙΑΣ ΛΥΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΘΕΜΑ Β

ΥΔΡΑΥΛΙΚΗ ΑΝΟΙΚΤΩΝ ΑΓΩΓΩΝ

Β. Το μέγιστο ύψος σε m και cm,όπου θα ανέβει η μπάλα πρίν αρχίσει να κατεβαίνει. Η επιτάχυνση της βαρύτητας είναι: g = 10 m /sec 2.

Όργανα μέτρησης διαστάσεων-μάζας. Υπολογισμός πυκνότητας μεταλλικών σωμάτων

ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΚΑΙ ΑΕΡΟΝΑΥΠΗΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΤΩΝ ΡΕΥΣΤΩΝ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΑΥΤΗΣ

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ 4- ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ( ) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΡΕΥΣΤΑ ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

Ροη αέρα σε Επίπεδη Πλάκα

2. Κατά την ανελαστική κρούση δύο σωμάτων διατηρείται:

Μιχαήλ Π. Μιχαήλ Φυσικός

G.U.N.T. Gerätebau GmbH P.O. Box 1125 D Barsbüttel Γερμάνια Τηλ: (040) Fax: (040)

ΕΝΟΤΗΤΑ 1.2 ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΣΕ ΜΙΑ ΔΙΑΣΤΑΣΗ

Να υπολογίσετε τη μάζα 50 L βενζίνης. Δίνεται η σχετική πυκνότητά της, ως προς το νερό ρ σχ = 0,745.

G.U.N.T. Gerätebau GmbH P.O. Box 1125 D Barsbüttel Γερμάνια Τηλ (040) Fax (040)

PP οι στατικές πιέσεις στα σημεία Α και Β. Re (2.3) 1. ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΚΑΙ ΣΚΟΠΟΣ ΤΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ

Εργαστήριο Μηχανικής Ρευστών

Φυσική Β Γυμνασίου Συνοπτικές Σημειώσεις Επανάληψης

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗΝ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΡΕΥΣΤΩΝ

Μακροσκοπική ανάλυση ροής

ΑΣΚΗΣΗ 8 ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΟΥ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗ ΙΞΩ ΟΥΣ

Άσκηση 3 4. Σε ποιο κουτί της Coca Cola ασκείται μεγαλύτερη Άνωση και γιατί;

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ 17/4/2016 ΘΕΜΑ Α

[ ] = = Συναγωγή Θερμότητας. QW Ahθ θ Ah θ θ. Βασική Προϋπόθεση ύπαρξης της Συναγωγής: Εξίσωση Συναγωγής (Εξίσωση Newton):

Ευσταθίου Αγγελική (Μαθηµατικός Π.Π.Λ.Π.Π.) Σφαέλος Ιωάννης (Φυσικός Π.Π.Λ.Π.Π.) Φύττας Γεώργιος (Φυσικός Π.Π.Λ.Π.Π.)

ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΡΑΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΞΑΝΘΗ ΡΕΥΣΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ

Θέμα 1 ο Στις παρακάτω ερωτήσεις να επιλέξετε την σωστή απάντηση:

Διαγώνισμα Γ Λυκείου Θετικού προσανατολισμού. Διαγώνισμα Ρευστά - Μηχανική Στερεού Σώματος. Κυριακή 5 Μαρτίου Θέμα 1ο

ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Σελίδα 1 από 6

ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΚΑΙ ΑΕΡΟΝΑΥΠΗΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΤΩΝ ΡΕΥΣΤΩΝ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΑΥΤΗΣ

ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ (ΝΕΟ ΣΥΣΤΗΜΑ) 23 ΜΑΪOY 2016 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

Συνοπτική Παρουσίαση Σχέσεων για τον Προσδιορισμό του Επιφανειακού Συντελεστή Μεταφοράς της Θερμότητας.

Ποιο είναι το πλάτος της ταλάντωσης ;

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ ΜΟΝΟ ΝΕΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΣΠΕΡΙΝΩΝ

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών Τμήμα Μηχανολογίας

Εξοπλισμός για την εκπαίδευση στην εφαρμοσμένη μηχανική Υπολογισμός της τριβής σε σωλήνα

3 ο Διαγώνισμα Α Λυκείου Σάββατο 24 Φεβρουαρίου 2018

Δυναμική των ρευστών Στοιχεία θεωρίας

Λύσεις 1ης σειράς ασκήσεων

ΘΕΜΑΤΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΥ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ

ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΛΕΠΤΟΤΗΤΑΣ ΑΛΕΣΗΣ ΤΟΥ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ

Ένωση Ελλήνων Φυσικών ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΦΥΣΙΚΗΣ 2014 Πανεπιστήμιο Αθηνών Εργαστήριο Φυσικών Επιστημών, Τεχνολογίας, Περιβάλλοντος

Διαγώνισμα Γ Λυκείου Θετικού προσανατολισμού. Διαγώνισμα Ρευστά. Τετάρτη 12 Απριλίου Θέμα 1ο

Ένωση Ελλήνων Φυσικών ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΦΥΣΙΚΗΣ 2012 Πανεπιστήμιο Αθηνών Εργαστήριο Φυσικών Επιστημών, Τεχνολογίας, Περιβάλλοντος B Λυκείου

ΘΕΜΑΤΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ

6 Εξαναγκασμένη ροή αέρα

ΦΥΣΙΚΗ Ο.Π/Γ ΛΥΚΕΙΟΥ (ΘΕΡΙΝΑ)

Ασκήσεις στην Μηχανική των Ρευστών

θα πρέπει να ανοιχθεί μια δεύτερη οπή ώστε το υγρό να εξέρχεται από αυτήν με ταχύτητα διπλάσιου μέτρου.

Εισαγωγή Διάκριση των ρευστών

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 3

ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ (ΘΕΡΙΝΑ)

Παραδείγµατα ροής ρευστών (Moody κλπ.)

Α.1 Να προσδιορίσετε την κάθετη δύναμη (μέτρο και φορά) που ασκεί το τραπέζι στο σώμα στις ακόλουθες περιπτώσεις:

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ. ΘΕΜΑ 1 ο Στις ερωτήσεις 1-4 να γράψετε τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

A3. Το δοχείο του σχήματος 1 είναι γεμάτο με υγρό και κλείνεται με έμβολο Ε στο οποίο ασκείται δύναμη F.

ΑΓΩΓΟΣ VENTURI. Σχήμα 1. Διάταξη πειραματικής συσκευής σωλήνα Venturi.

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΣΤΟ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ Θέμα Α. 1. β 2. α 3. γ 4. β 5. Λ,Λ,Λ,Λ,Λ.

μεταβάλλουμε την απόσταση h της μιας τρύπας από την επιφάνεια του υγρού (π.χ. προσθέτουμε ή αφαιρούμε υγρό) έτσι ώστε h 2 =2 Α 2

Transcript:

ΜΕΤΡΗΣΗ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΤΡΙΒΗΣ Σκοπός της άσκησης Σε αυτή την άσκηση θα μετρήσουμε τον συντελεστή εσωτερικής τριβής ή ιξώδες ρευστού προσδιορίζοντας την οριακή ταχύτητα πτώσης μικρών σφαιρών σε αυτό το ρευστό. Στοιχεία από την θεωρία Έστω δύο σώματα Α και Β με παράλληλες επίπεδες έδρες μεταξύ των οποίων υπάρχει κάποιο υγρό. Ας φανταστούμε ότι το υγρό είναι χωρισμένο σε ένα μεγάλο αριθμό πολύ λεπτών στρωμάτων πάχους Δn που είναι παράλληλα προς τις επίπεδες έδρες των Α και Β. Έστω επίσης ότι το σώμα Α είναι ακίνητο ενώ το Β κινείται με ταχύτητα v όπως στο σχήμα. B v Δn v =0 A Το πρώτο λεπτό στρώμα υγρού που είναι σε επαφή με το Α παραμένει ακίνητο. Το δεύτερο κινείται με μικρή ταχύτητα, το τρίτο με μεγαλύτερη. Έτσι καθώς προχωρούμε σε στρώματα που βρίσκονται μακρύτερα από το Α η ταχύτητα του υγρού μεγαλώνει. Τέλος το λεπτό στρώμα που βρίσκεται σε επαφή με το σώμα Β κινείται με ταχύτητα v. Αν το πάχος κάθε στρώματος είναι Δd τότε η κατανομή αυτή των ταχυτήτων χαρακτηρίζεται από την ποσότητα Δv, την διαφορά των ταχυτήτων δύο γειτονικών στρωμάτων. Η ποσότητα Δv/Δx ονομάζεται βαθμίδα ταχύτητας.

Όταν υπάρχει μια βαθμίδα ταχύτητας αναπτύσσονται δυνάμεις μεταξύ των γειτονικών στρωμάτων υγρού και μεταξύ των επιπέδων Α και Β και των γειτονικών τους στρωμάτων υγρού. Οι δυνάμεις αυτές ονομάζονται δυνάμεις εσωτερικής τριβής ή τριβής ροής. Ο Νεύτωνας πρώτος μελέτησε με επιτυχία τα φαινόμενα αυτά. Υπέθεσε ότι η δύναμη εσωτερικής τριβής είναι ανάλογη: (α) της τριβόμενης επιφάνειας S, (β) ανάλογη της βαθμίδας ταχύτητας dυ/dx στην περιοχή της τριβόμενης επιφάνειας και (γ) ενός συντελεστή n που εξαρτάται από την φύση των υγρών και ονομάζεται συντελεστής εσωτερικής τριβής ή ιξώδες. Σύμφωνα με τα παραπάνω συνολική δύναμη τριβής δίνεται από την σχέση: F d n S (1) dx Από την σχέση αυτή με διαστατική ανάλυση μπορούμε να βρούμε τις διαστάσεις του n: F n n M T L d S dx 1 1 Στο SI μονάδα ιξώδους είναι το 1 N/m 2 sec =1 Pa sec (Πασκάλ * σεκοντ). Η μονάδα που πρακτικά χρησιμοποιείται είναι το 1 Poise=0.1 Pa*sec. Ο συντελεστής εσωτερικής τριβής εξαρτάται μόνο από το είδος του υγρού. Οι δυνάμεις εσωτερικής τριβής είναι πολύ μικρότερες από τις δυνάμεις τριβής. Έτσι όταν ανάμεσα σε δύο τριβόμενες επιφάνειες επιθυμούμε να μην αναπτύσσονται ισχυρές τριβές βάζουμε κάποιο υγρό (συνήθως λάδι). Θεωρητική βάση του πειράματος

Εύρεση συντελεστή η με πτώση μικρών σφαιρών Όταν μια σφαίρα πέφτει μέσα σε ένα υγρό το οποίο έχει μικρότερη πυκνότητα από αυτή του υλικού της σφαίρας τότε το βάρος της σφαίρας είναι μεγαλύτερο από την άνωση που δέχεται. Έτσι η σφαίρα κινείται προς τα κάτω υπό την επίδραση της δύναμης: F B A (2) Αν υποθέσουμε πράγμα που δεν ισχύει, ότι δεν υπάρχουν δυνάμεις τριβής η σφαίρα διαρκώς θα επιταχύνεται υπό την επίδραση της δύναμης αυτής. Όμως σε μια τέτοια κίνηση η σφαίρα συναντά αντίσταση. Επειδή η αντίσταση αυτή είναι ανάλογη της ταχύτητας της σφαίρας για κάποια ορισμένη ταχύτητα που ονομάζεται οριακή ταχύτητα, η αντίσταση του ρευστού στην κίνηση της σφαίρας γίνεται ίση με την δύναμη F B A που την κινεί. Το αποτέλεσμα είναι ότι η σφαίρα από την στιγμή που θα αποκτήσει οριακή ταχύτητα παύει να επιταχύνεται και κινείται με σταθερή ταχύτητα (την οριακή). Εάν η ροή είναι στρωτή (κίνηση σφαίρας μέσα στο ρευστό ή κίνηση του ρευστού στο περιβάλλον της σφαίρας είναι ακριβώς το ίδιο πράγμα), η αντίσταση του ρευστού δίνεται από τον τύπο του STOKES και είναι: T 6 r n () όπου n ο συντελεστής εσωτερικής τριβής (ιξώδες) του υγρού, r η ακτίνα της σφαίρας και υ ορ η οριακή ταχύτητα. Στην περίπτωση που η σφαίρα αποκτήσει οριακή ταχύτητα ισχύει η σχέση F=T. Επειδή F B A όπου B V g το βάρος της σφαίρας και A V g η άνωση που υφίσταται η σφαίρα μέσα στο υγρό θα έχουμε ότι: B A T V g V g 6 r n (4)

όπου V σ ο όγκος της σφαίρας και ρ σ και ρ υ οι πυκνότητες της σφαίρας και του υγρού αντίστοιχα. Από την (4) παίρνουμε: 4 4 r g r g 6 r n 2r n 2 g 9 (5) Τα παραπάνω συμβαίνουν (ισχύει ο νόμος του STOKES ) αν η ροή είναι στρωτή. Το εάν η ροή είναι στρωτή ή όχι εξαρτάται από το αν η σταθερή του Reynolds (Re) είναι ή όχι μικρότερη του 1 (για περίπτωση της σφαίρας η σταθερά Re δίνεται από την σχέση: r Re n Η σχέση (5) δεν ισχύει όπως ακριβώς είναι για το πείραμα που εκτελείται στο εργαστήριο. Στο πείραμα που θα ακολουθήσει μικρές σφαίρες πέφτουν σε ένα υγρό που περιέχεται σε κυλινδρικό δοχείο μικρής ακτίνας (της τάξεως των λίγων cm). Όμως η σχέση () από την οποία βγάλαμε την σχέση (5) ισχύει για πτώση μικρών σφαιρών σε υγρό με άπειρες διαστάσεις, όπου η βαθμίδα ταχύτητας παίρνει πολύ μικρές τιμές χωρίς να επηρεάζεται από την τριβή μεταξύ υγρού και τοιχώματος του δοχείου. Άρα θα πρέπει να διορθώσουμε την σχέση () άρα και την σχέση (5). Συνήθως στην περίπτωση κυλινδρικού δοχείου χρησιμοποιείται ένας διορθωτικός παράγοντας με τον οποίο πολλαπλασιάζεται το δεύτερο μέλος

της σχέσης (). Ο τρόπος αυτός της διόρθωσης ονομάζεται διόρθωση Landenburg και με την διόρθωση αυτή η σχέση () γίνεται: T r 6 r (1 2.4 ) (6) R όπου R η ακτίνα του κυλινδρικού δοχείου. Όπως φαίνεται από την σχέση αυτή αν η ακτίνα γίνει πολύ μεγάλη τότε ο διορθωτικός παράγοντας γίνεται περίπου 1 και η σχέση () συμπίπτει με την (6). Με την χρήση της (6) η σχέση (5) γίνεται: 2 2r g n (7) 9 1 2.4 r / R Το πειραματικό μέρος της άσκησης περιλαμβάνει σωλήνα διατομής ακτίνας R που θα πρέπει να μετρηθεί γεμάτο με γλυκερίνη πυκνότητας ρ υ = 1225 kgr/m. Αφήνουμε την σφαίρα να πέσει μέσα στην γλυκερίνη στην περιοχή του άξονα του σωλήνα. Η σφαίρα αποκτά πολύ σύντομα (πριν διανύσει 20 cm μέσα στην γλυκερίνη) οριακή ταχύτητα. Μετράμε τον χρόνο που κάνει η σφαίρα να διανύσει μια καθορισμένη απόσταση μέσα στην γλυκερίνη (και αφού πρώτα αποκτήσει κατ εκτίμηση οριακή ταχύτητα). L Από την σχέση βρίσκουμε την οριακή ταχύτητα της σφαίρας. Με t μέτρηση βρίσκονται επίσης η ακτίνα r της σφαίρας (μέτρηση με μικρόμετρο) και τη μάζα της (μέτρηση με ζυγό) και υπολογίζεται η πυκνότητα ρ σ της σφαίρας: m 4 r (8)

Για να έχουμε καλύτερα αποτελέσματα χρησιμοποιούμε 10 μικρές όμοιες σφαίρες και επαναλαμβάνουμε το πείραμα 10 φορές κάνοντας τις απαραίτητες διορθώσεις με την θεωρία σφαλμάτων Εκτέλεση του πειράματος 1. Ζυγίζουμε 10 όμοια σφαιρίδια. Υπολογίζουμε την μέση μάζα: m 2. Μετρούμε τις διαμέτρους τους και υπολογίζουμε την μέση διάμετρο και από αυτήν την μέση ακτίνα και την πυκνότητα ρ σφ του υλικού των σφαιρών από την σχέση: διάμετρος= ακτίνα= m m 4 r 4 r. Αφήνουμε μια σφαίρα να πέσει μέσα στον σωλήνα με το υγρό και μετράμε τον χρόνο που κάνει να φθάσει από την μία στην άλλη κόκκινη γραμμή της κλίμακας που βρίσκεται πίσω από τον σωλήνα. 4. Επαναλαμβάνουμε την εργασία 4 και για τις άλλες 9 σφαίρες. 5. Μετράμε την απόσταση β μεταξύ των δύο κόκκινων γραμμών της κλίμακας. 6. Καταχωρούμε τα αποτελέσματα στον παρακάτω πίνακα:

α/α 1 2 4 5 6 7 8 9 10 t (sec) 7. Βρίσκουμε την μέση τιμή t του χρόνου πτώσεως. 8. Από την σχέση υ ορ =β/t βρίσκουμε την μέση τιμή της οριακής ταχύτητας υ ορ. 9. Χρησιμοποιώντας την σχέση (5) υπολογίστε την τιμή του n. 10. Μετρήστε την εσωτερική διάμετρο του κυλινδρικού δοχείου με το υγρό και υπολογίστε την εσωτερική ακτίνα R. 11. Χρησιμοποιώντας την σχέση (7) υπολογίστε την τιμή του n. 12. Βρείτε την σταθερά του για την ροή αυτή. 1. Είναι η ροή στρωτή; 14. Επαναλάβετε τα βήματα 4,6,9,10 12 για μία σφαίρα μεγαλύτερης ακτίνας που πέφτει σε ένα σωλήνα μικρότερης διαμέτρου. Προσοχή: Πρέπει να είστε σε ετοιμότητα γιατί η σφαίρα πέφτει γρήγορα! Σχολιάστε τα αποτελέσματά σας.