Методические указания к выполнению лабораторных занятий по дисциплине «физика» Алмалык 2020

Порядок выполнения работ и обработка результатов измерений


С разрешения преподавателя включить звуковой генератор. Тумблер “Сеть” на панели генератора поставить в положение “Вкл”. При этом загорится сигнальная лампочка на лицевой панели генератора.
Вращением рукоятки регулятора частоты установить заданное препо­давателем значение. При этом учесть, что цена деления большого лимба соответствует 100 Гц, цена деления малого лимба 1 Гц, а один полный оборот малого лимба соответствует изменению частоты на 100 Гц.
Двигать поршень цилиндра так, чтобы уровень звука в трубке установился максимальным. При этом измерив, расстояние l от поршня до микрофона с помощью линейки записать результат измерения в таблицу 1.
Медленно двигая поршень фиксировать на слух момент максимального усиления звука. В этот момент опять измерить расстояние l от поршня до микрофона. Провести измерения три раза при последующих усилениях звука.
Установить следующее значение частоты и провести аналогичные измерения согласно 3, 4 и 5.
Результаты измерений для каждой частоты занести в табл.1.
Таблица 1

№	, Гц	l, м	l, м	=2l, м	v, м/с		v	<v>	, %
1.
2.
3.
1.
2.
3.
1.
2.
3.

Далее по формуле l=|l₂–l₁| рассчитаем расстояние между максимумами и найдем длину бегущей волны .
Затем провести обработку результатов измерений.
Окончательный результат для скорости звука представить в виде.
v=v_срv
Так как скорость звука зависит от температуры среды, то вычисленное ее значение соответствует температуре воздуха в лаборатории.
Контрольные вопросы

1. Что такое волна? Виды волн. Что такое звук?

2. Что такое волновая поверхность и фронт волны?
3. Запишите уравнение плоской волны и дайте его анализ.
4. Что такое стоячие волны и как они образуются?
5. Как образуются узлы и пучности?
6. Чем отличается стоячая волна от бегущей?
7. От чего зависит скорость распространения волн?
8. Как определяется интенсивность и громкость звука?
9. Что такое тембр звука и от чего он зависит?


Лабораторная работа №6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ ЖИДКОСТИ МЕТОДОМ СТОКСА


Цель работы: Изучение зависимости динамической вязкости жидкости от физических величин.
Приборы и принадлежности: стеклянный цилиндрический сосуд с исследуемой жидкостью, стальные и свинцовые шарики, микрометр, масштабная линейка, секундомер.


Теоретическое введение

Участвуя в тепловом движении, молекулы газа или жидкости переносятся из одного места в другое и при столкновении изменяют перемешивание молекул и передача ими при столкновениях импульсов и энергии друг другу. Все это способствует сглаживанию всяких неоднородностей и даёт начало нескольким процессам в зависимости от характера имеющихся различий.

Если в разных частях имеются различные газы или жидкости, то тепловое движение перемешивает их до образования однородной смеси молекул. Этот процесс называется диффузией.
Если одни области отличаются от других своей температурой (т.е. кинематической энергией), то тепловое движение и столкновение молекул приводят к выравниванию температур. Происходит процесс теплопроводности.
Если имеется слой газа или жидкости, движущихся относительно остальной его массы с некоторой скоростью, то обмен молекулами между движущимся слоем и остальной частью газа сопровождается переносом импульса и приводит к выравниванию скоростей отдельных слоев. Этот процесс сопровождается превращением кинематической энергии упорядоченного движения молекул данного слоя в энергию беспорядочного теплового движения и называется внутренним трением или вязкостью.
Все три явления – диффузия, теплопроводность и внутреннее трение, объединяемые под общим названием явление переноса, – имеют много общего. Во всех трех совершается перенос каких-либо величин (массы, энергии или импульса) из одной части вещества в другую до тех пор, пока данная величина не распределится равномерно, по всему объему.
Во всех реальных жидкостях при их течении возникают силы внутреннего трения. Природа этих сил заключается в том, что слои, движущиеся с разными скоростными, обмениваются молекулами. Молекулы, переходя из быстрого слоя в медленный, переносят с собой большую составляющую импульса m и тем самым ускоряют медленный слой. Молекулы, попадающие из медленных слоев в быстрые, имеют меньшую составляющую импульса m , в результате чего задерживают или тормозят быстрый слой. Изменение импульса сопровождается появлением силы на поверхности раздела сред.
В случае установившегося слоистого течения вязкости жидкости, так называемого ламинарного или безвихревого течения, имеет место закон Ньютона: сила внутреннего трения между двумя слоями пропорциональна площади их соприкосновения S и градиенту скорости dvdz (рис. 6.1):
F– S. (6.1)
Величина  называется коэффициентом внутреннего трения, или коэффициентом динамической вязкости. (Величина 1 называется тягучестью). Приняв в формуле (6.1) 1 и S1 получим, что [F], т.е. коэффициентом динамической вязкости называется физическая величина, численно равная силе внутреннего трения между двумя слоями жидкости единичной площади при градиенте скорости слоев, равно единице.
В единицах СИ размерность коэффициента динамической вязкости [][кгм^–1с^–1]. Градиент скорости в формуле (6.1) характеризует изменение скорости движения слоёв на единицу длины в направлении нормали к поверхности слоёв.
Наряду с коэффициентом динамической вязкости  употребляется коэффициент кинематической вязкости v, где  – плотность жидкости.
Коэффициент динамической вязкости зависит от природы жидкости. Для данной жидкости с повышением температуры он уменьшается. При температурах, близких к критической, вязкость жидкости приближается к вязкости её насыщенного пара.
С понижением температуры коэффициент динамической вязкости  увеличивается и является результатом особого характера теплового движения в жидкостях. Существуют различные способы измерения коэффициента . Наиболее распространенным является метод, основанный на измерении скорости падения твердого тела (шарика) в жидкости (метод Стокса).