Πώς να μετρήσετε το ιξώδες: 10 βήματα (με εικόνες)

2023 Συγγραφέας: Virginia Parson | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-08-03 19:30

Το ιξώδες μπορεί να οριστεί ως η μέτρηση της αντίστασης ενός υγρού στη ροή, που αναφέρεται επίσης ως εσωτερική τριβή ενός υγρού. Σκεφτείτε το νερό και τη μελάσα. Το νερό ρέει σχετικά ελεύθερα, ενώ η μελάσα είναι λιγότερο ρευστή. Επειδή η μελάσα είναι πιο ανθεκτική στη ροή, έχει υψηλότερο ιξώδες από το νερό. Ενώ υπάρχουν πολλές μέθοδοι από τις οποίες μπορείτε να επιλέξετε για να αποφασίσετε πώς να μετρήσετε το ιξώδες, ίσως το λιγότερο περίπλοκο περιλαμβάνει την ρίψη μιας μπάλας σε ένα διαυγές δοχείο του υγρού για το οποίο προσπαθείτε να προσδιορίσετε το ιξώδες.

Βήματα

Μέρος 1 από 2: Κατανόηση του ιξώδους

Βήμα 1. Ορίστε το ιξώδες

Το ιξώδες μετρά την αντίσταση ενός υγρού στη ροή. Ένα υγρό με υψηλό ιξώδες ρέει πολύ αργά, όπως το μέλι. Ένα υγρό με χαμηλό ιξώδες ρέει γρήγορα, όπως το νερό. Η μονάδα ιξώδους είναι ένα δευτερόλεπτο pascal (Pa s).

Βήμα 2. Ορίστε την εξίσωση για το ιξώδες

Αυτό το πείραμα θα λάβει μετρήσεις μιας σφαίρας και τη διέλευσή της από το υγρό για τον υπολογισμό του ιξώδους. Η εξίσωση για το ιξώδες είναι [2 (σελ_μικρό-Π_μεγάλο) γ²]/9v όπου ρ_μικρό είναι η πυκνότητα της σφαίρας, σελ_μεγάλο είναι η πυκνότητα του υγρού, g είναι η επιτάχυνση λόγω βαρύτητας, a είναι η ακτίνα της σφαίρας και v είναι η ταχύτητα της σφαίρας.

Βήμα 3. Κατανοήστε τις μεταβλητές στην εξίσωση ιξώδους

Η πυκνότητα είναι η μάζα ανά μονάδα όγκου ενός αντικειμένου και ορίζεται με ένα p. Σε αυτήν την εξίσωση, πρέπει να μετρήσετε την πυκνότητα και της δύο σφαίρας, σελ_μικρό, και το υγρό, σελ_μεγάλο, περνάει. Η ακτίνα της σφαίρας, α, μπορεί να βρεθεί μετρώντας την περιφέρεια της σφαίρας και διαιρώντας την με 2π. Η επιτάχυνση λόγω βαρύτητας, g, είναι σταθερά εξαρτώμενη από την ατμόσφαιρα του πλανήτη στον οποίο βρίσκεστε. Σε αυτή την περίπτωση, είστε στη γη, οπότε το g είναι 9,8m/s²Το Η ταχύτητα της σφαίρας, v, υπολογίζεται κατά τη διάρκεια του πειράματος και είναι ο χρόνος που χρειάζεται ένα αντικείμενο για να διανύσει μια συγκεκριμένη απόσταση σε μέτρα ανά δευτερόλεπτο (m/s).

Μέρος 2 από 2: Μέτρηση ιξώδους

Βήμα 1. Συγκεντρώστε τα απαραίτητα υλικά για το πείραμα

Για να υπολογίσετε το ιξώδες ενός υγρού, θα χρειαστείτε μια σφαίρα, έναν βαθμονομημένο κύλινδρο, έναν χάρακα, ένα χρονόμετρο, το εν λόγω υγρό, μια ζυγαριά και μια αριθμομηχανή. Αυτό το πείραμα έχει πολλά βήματα, αλλά όταν ακολουθηθεί σωστά, θα σας επιτρέψουν να υπολογίσετε το ιξώδες οποιουδήποτε υγρού.

Η σφαίρα μπορεί να είναι μια μικρή σφαίρα από μάρμαρο ή χάλυβα. Βεβαιωθείτε ότι η διάμετρος του δεν είναι μεγαλύτερη από τη μισή διάμετρο του σταδιακού κυλίνδρου, ώστε να μπορεί εύκολα να πέσει στον κύλινδρο.
Ο βαθμολογημένος κύλινδρος είναι ένα πλαστικό δοχείο που έχει βαθμολογημένα σημάδια στο πλάι που σας επιτρέπουν να μετρήσετε τον όγκο.
Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα ρολόι αντί για χρονόμετρο, αλλά οι μετρήσεις σας θα είναι πιο ακριβείς με ένα χρονόμετρο.
Το υγρό πρέπει να είναι αρκετά διαυγές για να βλέπει το μάρμαρο καθώς πέφτει μέσα στο υγρό. Δοκιμάστε να δοκιμάσετε πολλά διαφορετικά υγρά με διαφορετικούς ρυθμούς ροής για να δείτε πώς διαφέρουν τα ιξώδη τους. Μερικά κοινά υγρά που μπορείτε να δοκιμάσετε, όπως νερό, μέλι, σιρόπι καλαμποκιού, μαγειρικό λάδι και γάλα.

Βήμα 2. Υπολογίστε την πυκνότητα της επιλεγμένης σφαίρας σας

Η πυκνότητα τόσο της σφαίρας όσο και του υγρού είναι απαραίτητες για τον υπολογισμό του ιξώδους. Ο τύπος για την πυκνότητα είναι d = m/v { displaystyle d = m/v}

where d is density, m is the mass of the object, and v is the volume of the object.

Measure the mass by placing the sphere on a balance. Record the mass in grams (g).
Determine the volume of a sphere using the formula V= (4/3) x π x r³, where V is volume, π is the constant 3.14, and r is the radius of the sphere. You can find the radius by measuring around the center of the sphere to get its circumference and then dividing the circumference by 2π.
You can also find volume by measuring the displacement of water in a graduated cylinder. Record the initial water level, place the sphere in the water, and record the new water level. Subtract the initial from the new water level. This number equals the volume of your sphere in milliliters (mL).
Calculate density with the formula d=m/v{displaystyle d=m/v}

. The unit for density is g/mL.

Βήμα 3. Προσδιορίστε την πυκνότητα του υγρού που μετράτε

Χρησιμοποιώντας τον ίδιο τύπο πυκνότητας από πάνω, θα υπολογίσετε στη συνέχεια την πυκνότητα του εν λόγω υγρού.

Μετρήστε τη μάζα του υγρού ζυγίζοντας πρώτα τον άδειο βαθμολογημένο κύλινδρο. Ρίξτε το υγρό σας στον βαθμονομημένο κύλινδρο και στη συνέχεια ζυγίστε το ξανά. Αφαιρέστε τη μάζα του άδειου κυλίνδρου από αυτή του κυλίνδρου με το υγρό μέσα σε αυτό για να λάβετε τη μάζα του υγρού σε γραμμάρια (g).
Για να βρείτε τον όγκο του υγρού, απλώς καθορίστε την ποσότητα υγρού που ρίξατε στον βαθμονομημένο κύλινδρο χρησιμοποιώντας τα βαθμολογημένα σημάδια στο πλάι του κυλίνδρου. Καταγράψτε την ένταση σε χιλιοστόλιτρα (mL).
Χρησιμοποιήστε τον τύπο d = m/v { displaystyle d = m/v}

and your measurements to calculate the density of the liquid in g/mL.

Βήμα 4. Γεμίστε και σημειώστε τον διαβαθμισμένο κύλινδρο

Αρχικά, γεμίστε τον βαθμολογημένο κύλινδρο με το υγρό που θα μετρηθεί. Στη συνέχεια, σημειώστε τις θέσεις στο επάνω και στο κάτω μέρος του κυλίνδρου. Ρίξτε αργά το πειραματικό σας υγρό στον βαθμονομημένο κύλινδρο, γεμίζοντας τον κύλινδρο περίπου στα μισά έως τα τρία τέταρτα της διαδρομής προς την κορυφή.

Σχεδιάστε ένα σημάδι στο πάνω μέρος του κυλίνδρου περίπου 2,5 εκατοστά (1 ίντσα) (1 ίντσα) από την κορυφή του υγρού.
Σχεδιάστε ένα δεύτερο σημάδι περίπου 2,5 εκατοστά (1 ίντσα) (1 ίντσα) από το κάτω μέρος του βαθμολογημένου κυλίνδρου.
Μετρήστε την απόσταση μεταξύ των επάνω και κάτω σημείων. Τοποθετήστε το κάτω μέρος του χάρακα στο κάτω σημάδι και καταγράψτε την απόσταση μέχρι το επάνω σημάδι.

Βήμα 5. Καταγράψτε το χρόνο που χρειάζεται για να πέσει η μπάλα ανάμεσα στα σημάδια

Ρίξτε τη μπάλα στο υγρό και ξεκινήστε το χρονόμετρο όταν το κάτω μέρος της μπάλας φτάσει στο σημάδι στο πάνω μέρος του κυλίνδρου. Όταν η μπάλα φτάσει στο σημάδι που κάνατε στο κάτω μέρος του κυλίνδρου, σταματήστε το χρονόμετρο.

Τα υγρά με χαμηλό ιξώδες θα είναι πιο δύσκολο να μετρηθούν με αυτήν τη μέθοδο, επειδή θα είναι πιο δύσκολο να ξεκινήσει και να σταματήσει με ακρίβεια το χρονόμετρο.
Επαναλάβετε αυτό το βήμα τουλάχιστον τρεις φορές (όσες περισσότερες φορές επαναλαμβάνετε, τόσο πιο ακριβής θα είναι η μέτρησή σας) και μέσο όρο τις τρεις φορές μαζί. Για να βρείτε τον μέσο όρο, προσθέστε τους χρόνους για κάθε δοκιμή και διαιρέστε με τον αριθμό των δοκιμών που πραγματοποιήσατε.
Αυτό λειτουργεί καλύτερα εάν η μπάλα είναι αρκετά μικρή ώστε η ροή γύρω από την μπάλα να είναι πραγματικά παχύρρευστη και μακριά από ταραγμένη. Η μπάλα πρέπει επίσης να είναι πολύ μικρότερη από το δοχείο, ώστε η μπάλα να μπορεί να πέσει τουλάχιστον 10 ακτίνες μπάλας από τα πλευρικά τοιχώματα.

Βήμα 6. Υπολογίστε την ταχύτητα της σφαίρας

Η ταχύτητα είναι μια μέτρηση της απόστασης που διανύθηκε κατά τη διάρκεια του χρόνου που πέρασε για να διανύσει αυτή την απόσταση. Ο τύπος για την ταχύτητα είναι v = d/t { displaystyle v = d/t}

where v is velocity, d is distance traveled, and t is time.

Using your measurements, plug them into the equation v=d/t{displaystyle v=d/t}

to find the velocity of the sphere.

Βήμα 7. Υπολογίστε το ιξώδες του υγρού

Συνδέστε τις πληροφορίες που έχετε λάβει στον τύπο ιξώδους: ιξώδες = [2 (σελ_μικρό-Π_μεγάλο) γκα²]/9v όπου ρ_μικρό είναι η πυκνότητα της σφαίρας, σελ_μεγάλο είναι η πυκνότητα του υγρού, g είναι η επιτάχυνση λόγω βαρύτητας (σταθερή τιμή 9,8 m/s²), a είναι η ακτίνα της σφαίρας και v είναι η ταχύτητα της σφαίρας.

Για παράδειγμα, ας πούμε η πυκνότητα του υγρού σας είναι 1,4 g/mL, η πυκνότητα της σφαίρας σας είναι 5 g/mL, η ακτίνα της σφαίρας είναι 0,002 m και η ταχύτητα της σφαίρας είναι 0,05 m/s.
Σύνδεση στην εξίσωση: ιξώδες = [2 (5 - 1.4) (9.8) (0.002)^2]/(9 x 0.05) = 0.00062784 Pa s

Συμβουλές

Η τήρηση ενός πίνακα δεδομένων μπορεί να σας βοηθήσει να παρακολουθείτε τις μετρήσεις σας όπου διαφορετικά μπορεί να αποδιοργανωθείτε.
Όλες οι μετρήσεις πρέπει να είναι μετρικές.
Μην ξεχάσετε να προσθέσετε μονάδες στο τέλος του υπολογισμού.

Προειδοποιήσεις

Η μπάλα που χρησιμοποιείτε πρέπει να έχει μεγαλύτερη πυκνότητα από το υγρό για να λειτουργήσει αυτή η διαδικασία.
Όταν γεμίσετε τον διαβαθμισμένο κύλινδρο με το υγρό, κάντε ένα σημείο να μην πλησιάσετε πολύ στην κορυφή. Εάν δεν αφήσετε αρκετό χώρο, η μετατόπιση του υγρού που προκαλείται από τη σφαίρα μπορεί να οδηγήσει σε υπερχείλιση, πράγμα που θα πετάξει τους υπολογισμούς σας.
Βεβαιωθείτε ότι δεν υπάρχει νερό ή άλλο υγρό στον βαθμονομημένο κύλινδρο όταν ξεκινάτε. Η παρουσία ενός άλλου υγρού θα μπορούσε να κάνει τις μετρήσεις σας ανακριβείς.
Καθαρίστε το υγρό από τη σφαίρα και στεγνώστε το καλά μεταξύ των διαδρομών πριν το ρίξετε στον βαθμονομημένο κύλινδρο.