איך מודדים צמיגות?
למדידת צמיגות, מלא גליל מדורג בנוזל שיש למדוד וסמן את עמדות הנוזל בחלק העליון והתחתון של הגליל. זרוק שיש לנוזל ולהתחיל שעון עצר, ואז רשום את הזמן שלוקח לכדור ליפול בין הסימנים. חשב את מהירות הכדור ואז חבר את המידע שאספת לנוסחת הצמיגות כדי לקבל את תשובתך! למידע נוסף על מושג הצמיגות, המשך לקרוא!
למדידת צמיגות, מלא גליל מדורג בנוזל שיש למדוד וסמן את עמדות הנוזל בחלק העליון והתחתון של הגליל.
ניתן להגדיר צמיגות כמדידת עמידות נוזל לזרימה, המכונה גם חיכוך פנימי של נוזל. שקול מים ומולסה. מים זורמים באופן חופשי יחסית, בעוד שמולסה פחות נוזלית. מכיוון שמולסה עמידה יותר בפני זרימה, יש לה צמיגות גבוהה יותר ממים. אמנם יש מספר שיטות שממנו ניתן לבחור בהחלטה כיצד למדוד צמיגות, אולי לפחות מסובך כרוך להפיל כדור לתוך מיכל ברורה של הנוזל שעבורו אתה מנסה לקבוע צמיגות.
חלק 1 מתוך 2: הבנת צמיגות
- 1הגדר צמיגות. צמיגות מודדת את עמידות הנוזל לזרימה. נוזל עם צמיגות גבוהה זורם לאט מאוד, כמו דבש. נוזל בעל צמיגות נמוכה זורם במהירות, כמו מים. יחידת הצמיגות היא שנייה פסקלית (Pa s).
- 2הגדר את המשוואה לצמיגות. ניסוי זה יבצע מדידות של כדור ומעברו דרך נוזל לחישוב צמיגות. משוואת הצמיגות היא [2 (p s -p l) ga 2] / 9v כאשר p s הוא צפיפות הכדור, p l הוא צפיפות הנוזל, g הוא תאוצה עקב כוח המשיכה, a הוא הרדיוס של הכדור, ו- v הוא מהירות הכדור.
- 3הבן את המשתנים במשוואת הצמיגות. צפיפות היא מסה ליחידת נפח של אובייקט והיא מיועדת עם p. במשוואה זו עליכם למדוד את הצפיפות של הכדור, p s והנוזל, p l, שהוא עובר דרכו. ניתן למצוא את רדיוס הכדור, a, על ידי מדידת היקף הכדור וחלוקת זה ב- 2π. התאוצה עקב כוח המשיכה, g, היא תלויה תמידית באטמוספירה של הפלנטה בה אתה נמצא. במקרה זה אתה על כדור הארץ אז g הוא 9,8m / s 2. מהירות הכדור, v, מחושבת במהלך הניסוי וזה הזמן שלוקח לאובייקט לעבור מרחק ספציפי במטרים לשנייה (m / s).
יש צורך בצפיפות של הכדור וגם של הנוזל כדי לבצע את חישוב הצמיגות.
חלק 2 מתוך 2: מדידת צמיגות
- 1אסוף את החומרים הדרושים לניסוי. כדי לחשב את צמיגות הנוזל, תזדקק לכדור, גליל מדורג, סרגל, שעון עצר, הנוזל המדובר, סולם ומחשבון. לניסוי זה יש שלבים רבים, אך כשמבצעים אותו נכון, הם יאפשרו לך לחשב את צמיגותו של כל נוזל.
- הכדור יכול להיות כדור שיש או פלדה קטן. וודא שקוטרו אינו גדול ממחצית הקוטר של גליל הבוגר, כך שניתן יהיה להפיל אותו בקלות לגליל.
- צילינדר מדורג הוא מיכל פלסטיק בעל ציונים מדורגים בצד המאפשרים מדידת נפח.
- אתה יכול להשתמש בשעון במקום בסטופר, אך המידות שלך יהיו מדויקות יותר עם סטופר.
- הנוזל חייב להיות צלול מספיק כדי לראות את השיש כשהוא נופל דרך הנוזל. נסה לבדוק נוזלים רבים ושונים עם קצב זרימה שונה כדי לראות כיצד צמיגותם נבדלת. כמה נוזלים נפוצים שתוכלו לנסות כולל מים, דבש, סירופ תירס, שמן בישול וחלב.
- 2חשב את צפיפות הכדור שבחרת. יש צורך בצפיפות של הכדור וגם של הנוזל כדי לבצע את חישוב הצמיגות. הנוסחה לצפיפות היא d = m / v {\ displaystyle d = m / v} , כאשר d הוא צפיפות, m הוא המסה של האובייקט, ו- v הוא נפח האובייקט.
- מדוד את המסה על ידי הצבת הכדור על איזון. רשום את המסה בגרמים (גרם).
- קבע את נפח הכדור באמצעות הנוסחה V = (1,33) x π xr 3, כאשר V הוא נפח, π הוא הקבוע 3,14, ו- r הוא רדיוס הכדור. אתה יכול למצוא את הרדיוס על ידי מדידה סביב מרכז הכדור כדי לקבל את היקפו ואז לחלק את ההיקף ב- 2π.
- ניתן גם למצוא נפח על ידי מדידת תזוזת מים בגליל מדורג. הקלט את מפלס המים הראשוני, הנח את הכדור במים ותעד את מפלס המים החדש. מחסרים את הראשונית ממפלס המים החדש. מספר זה שווה לנפח הכדור שלך במיליליטר (מ"ל).
- חשב את הצפיפות בעזרת הנוסחה d = m / v {\ displaystyle d = m / v} . היחידה לצפיפות היא g / mL.
- 3קבע את צפיפות הנוזל שאתה מודד. בעזרת אותה נוסחת צפיפות מלמעלה תחשב אחר כך את צפיפות הנוזל המדובר.
- מדוד את מסת הנוזל על ידי שקילה ראשונה של הגליל המדורג הריק. מוזגים את הנוזל שלכם לגליל המדורג ואז שוקלים אותו שוב. מחסרים את מסת הגליל הריק מזה של הגליל עם הנוזל בתוכו כדי להשיג את מסת הנוזל בגרמים (גרם).
- כדי למצוא את נפח הנוזל, פשוט קבעו את כמות הנוזל ששפכתם לגליל המדורג באמצעות הסימונים המדורגים בצד הגליל. הקלט את הנפח במיליליטר (מ"ל).
- השתמש בנוסחה d = m / v {\ displaystyle d = m / v} ובמידות שלך כדי לחשב את צפיפות הנוזל ב- g / mL.
- 4מלא וסמן את הגליל המדורג. ראשית, מלא את הגליל המדורג שלך בנוזל שיש למדוד. לאחר מכן, סמן את המיקומים בחלק העליון והתחתון של הגליל. שופכים לאט את הנוזל הניסויי שלכם לתוך הגליל המדורג, וממלאים את הגליל בערך עד שלושת רבעי הדרך למעלה.
- צייר סימן בחלק העליון של הגליל כ -2,5 ס"מ (1 אינץ ') מהחלק העליון של הנוזל.
- שרטט סימן שני כ- 2,5 ס"מ (1 אינץ ') מתחתית הגליל המדורג.
- מדוד את המרחק בין הסימנים העליונים לתחתונים. מקם את תחתית הסרגל בסימון התחתון ורשום את המרחק לסימון העליון.
מכיוון שסביר להניח שהתוצאה לא תהיה מדויקת כל כך, זה יהיה רעיון טוב לבחור בשיטה אחרת למדידת הצמיגות. - 5רשום את הזמן שלוקח לכדור ליפול בין הסימנים. זרוק את הכדור לנוזל והפעל את שעון העצר כאשר תחתית הכדור מגיעה לסימון בראש הגליל. כאשר הכדור מגיע לסימן שעשית בתחתית הגליל, עצור את שעון העצר.
- נוזלים עם צמיגות נמוכה יהיו קשים יותר למדידה בשיטה זו מכיוון שיהיה קשה יותר להפעיל ולעצור את שעון העצר במדויק.
- חזור על שלב זה לפחות שלוש פעמים (ככל שאתה חוזר יותר פעמים, כך המדידה שלך תהיה מדויקת יותר) וממוצע שלוש הפעמים יחד. כדי למצוא את הממוצע, הוסף את הזמנים לכל ניסוי וחלק למספר הניסויים שביצעת.
- זה עובד הכי טוב אם הכדור קטן מספיק כדי שהזרימה סביב הכדור תהיה צמיגה באמת ורחוקה מלהיות סוערת. הכדור חייב להיות גם קטן בהרבה מהמיכל, כך שניתן להפיל את הכדור לפחות 10 רדיוס כדור מהקירות הצדדיים.
- 6חשב את מהירות הכדור. מהירות היא מדידה של מרחק שעבר לאורך זמן שעבר מרחק זה. הנוסחה למהירות היא v = d / t {\ displaystyle v = d / t} כאשר v הוא מהירות, d הוא מרחק נסיעה, ו- t הוא זמן.
- בעזרת המדידות שלך, חבר אותם למשוואה v = d / t {\ displaystyle v = d / t} כדי למצוא את מהירות הכדור.
- 7חשב את צמיגות הנוזל. חבר את המידע שהשגת לנוסחת הצמיגות: צמיגות = [2 (p s -p l) ga 2] / 9v כאשר p s הוא צפיפות הכדור, p l הוא צפיפות הנוזל, g הוא תאוצה עקב כוח המשיכה (ערך קבוע של 9,8 מ '/ שנייה 2), a הוא רדיוס הכדור, ו- v הוא מהירות הכדור.
- לדוגמא, נניח שצפיפות הנוזל שלך היא 1,4 גרם / מ"ל, צפיפות הכדור שלך היא 5 גרם / מ"ל, רדיוס הכדור הוא 0,002 מ ', ומהירות הכדור היא 0,05 מ' / ס.
- חיבור למשוואה: צמיגות = [2 (5 - 1,4) (9,8) (0,002) ^ 2] / (9 x 0,05) = 0,00062784 Pa s
- שמירה על טבלת נתונים עשויה לעזור לך לעקוב אחר המדידות שלך במקומות אחרים, אם אתה עלול להיות מסודר.
חשב את מהירות הכדור ואז חבר את המידע שאספת לנוסחת הצמיגות כדי לקבל את תשובתך! - כל המדידות צריכות להיות מדדיות.
- אל תשכח להוסיף יחידות בסוף החישוב.
- הכדור בו אתה משתמש חייב להיות בעל צפיפות גבוהה יותר מהנוזל כדי שתהליך זה יעבוד.
- כשאתה ממלא את הצילינדר המדורג בנוזל, הקפד לא להתקרב יותר מדי לראש. אם אתה לא משאיר מספיק מקום, תזוזת הנוזל הנגרמת על ידי הכדור עלולה לגרום לגדילה, מה שיזרוק את החישובים שלך.
- וודא כי אין מים או נוזל אחר בצילינדר המדורג כאשר אתה מתחיל. נוכחות של נוזל אחר עלולה להפוך את המדידות שלך לא מדויקות.
- נקה את הנוזל מהכדור וייבש אותו ביסודיות בין הריצה לפני שאתה מפיל אותו לגליל המדורג.
- כדור מוצק קטן או חפץ בצורת כדור שלא צף על הנוזל בו אתה משתמש
- נוזל למדידה
- גליל מדורג גדול יותר סביב הכדור
- מחשבון
- סטופר
- מקל מטר או סרגל מטרי אחר
- שומן עיפרון
- קנה מידה או איזון
קרא גם: כיצד להעריך מובהקות סטטיסטית?
שאלות ותשובות
- מהי היחידה לצמיגות כאשר משתמשים במשוואה זו?יחידת המדידה המשמשת במשוואה זו היא שנייה פסקלית (Pa s).
- מה הפירוש של "A" במשוואת הצמיגות?זה רדיוס הכדור. זה אומר לך כיצד למדוד את זה בשלב 2 לעיל.
- מה צמיגות המים?ב 25°C, צמיגות המים היא 8,90 × 10−4 Pa s.
- האם צמיגות פרופורציונלית ישירות לצפיפות הנוזל? אם כן, האם יש תרשים לחישוב הצמיגות?צמיגות וצפיפות מתייחסים לשתי תכונות שונות של נוזל. הראשונה קשורה להשפעות גזירה בין מולקולות, והשנייה למסה מולקולרית ובאיזו קרבה ארוזות מולקולות אלה.
- כאשר יחידה נמדדת ב- "cP", מה זה אומר?זה אומר שיחידת המידה היא מרפא. 1 Pa s = 1000 cP בערך. שתי היחידות נכונות. הנוסחה שבה אתה משתמש תקבע את היחידות, אך תוכל להמיר אותן בקלות בכל מקרה.
- כיצד אוכל לתזמן את הנפילה דרך נוזל אטום?זה יהיה כנראה קשה אלא אם כן הכדור יש צבע עז וניתן לראות אותו דרך הנוזל. מכיוון שסביר להניח שהתוצאה לא תהיה מדויקת כל כך, זה יהיה רעיון טוב לבחור בשיטה אחרת למדידת הצמיגות.
- אם הנוסחה המוצגת לצמיגות מתקיימת רק אם הכדור הגיע למהירות הסופית שלו, כיצד אוכל לדעת עד כמה זה קורה מפני השטח?ההפניה ניתנת בשלב מספר 4, ההסבר יהיה כדלקמן, כאשר יש לך חיכוך או גרירה המיוצרים על ידי אמצעי הנסיעה (נוזל במקרה זה), גרירת האובייקט מיוצרת באזור זה נוגע ישירות במדיום תוך כדי נסיעה, מכיוון שניסוי זה מבוסס על כדור וללא התחשבות בסיבוב או מרחקי דופן, החיכוך התיאורטי נוצר במחצית המובילה בכיוון התנועה, ברגע שעוברים את הנקודה הזו והכדור מכוסה בנוזל, החיכוך הופך להיות קבוע (מכיוון שהתאוצה ניתנת על ידי כוח המשיכה), ובאותה נקודה השגת מהירות מקסימלית. זה הנימוק להציע סימן של 2,5 ס"מ מתחת לרמת הנוזל.
שאלות ללא מענה
- מה המשמעות של h1 ו- h2 במשוואת הצמיגות?
- האם יש מחשבוני צמיגות שבהם אוכל להשתמש באופן מקוון?
- מה משמש למדידת צמיגות שמן הסיכה כאשר הוא מגיע לכארבעים עד מאה מעלות צלזיוס?
- האם כל היחידות צריכות להיות זהות בעת מדידת צמיגות?
תגובות (8)
- מאמר נהדר בעל חשיבות מעשית. עזר לי להשיג ידע מעשי.
- פרטים ספציפיים זמינים.
- המאמר הסביר את הניסוי בצורה מאוד פשוטה.
- עזר לי לעשות את עבודתי ולהוכיח נקודה, תודה.
- הסבר טוב עם דוגמאות!
- זה מאוד שימושי בפרויקט שלי. עלי למדוד צמיגות של חומצת בור + מים, חומצת בור + שמן קנולה ונוזלים שונים. אין לי שום מכשיר למדידה זהה ולעזור בהליך זה למצוא צמיגות בזול.
- אתה מדהים, עזרת לי בפרויקט שלי. השם יברך.
- ברור מאוד להבנה!
