1. Настроить установку. Для этого груз A располагают так, чтобы OA (X 0) равнялось 5 – 6 см. Конец O проволочного металлического образца вставляют в пазы рычага и стойки. Устанавливая груз 2, добиваются того, чтобы показание индикатора 3 равнялось нулю.
2. Измерить параметры установки: величины отрезков OC, YC и массу груза A.
3. Измерить параметры образца: l 0(первоначальная длина) и d (диаметр).
4. Изучить зависимость ε от s. Для этого перемещать груз A от начального положения X 0 до конца рычага 1 (нагрузка) и обратно (разгрузка) к первоначальному положению ступенчато через 2 см, занося результаты измерений в таблицу. В таблицу также рекомендуется заносить и результаты расчетов Dl, Fn, ε, s.
| № п/п | Положение груза D X, см | Показание индикатора N, деления | Удлинение D l, м | Растягивающая сила Fn, Н | ε = Dl / l0 | s = Fn / Sn,, Н/м2 |
| . . |
5. Построить график зависимости ε от s. Проанализировать полученную зависимость.
6. Выделить на графике прямолинейный участок, и для экспериментальных точек, составляющих этот участок, методом наименьших квадратов (см. “Элементарная обработка результатов физического эксперимента”) найти модуль Юнга металлического образца.
7. Вставить новый проволочный образец из другого металла. Выполнить пп. 3 – 6.
8. Сравнить и проанализировать полученные значения модуля Юнга, ход зависимости ε от s для разных металлов.
Контрольные вопросы
1. Чем характеризуется область деформаций, соответствующих закону Гука?
2. Почему начальное положение X 0 груза A выбирается отличным от нуля?
3. Почему на графике зависимости ε (s) часть экспериментальных точек не ложится на прямолинейный участок?
4. От чего зависит величина модуля Юнга твердого тела?
Список рекомендуемой литературы
1. Сивухин Д.В. Общий курс физики: В 5 т. Т. 1. Механика. М.: Наука, 1979. § 73. – 519 с.
2. Стрелков С.П. Механика. – М.: Наука, 1965. § 81. – 560 с.
3. Методические указания к лабораторным работам по физике. Механика / Под ред. Н.Г. Конопасова. Владим. политехн. ин-т. – Владимир, 1983. – 45 с.
2. Молекулярная физика
в лабораторных работах данного раздела физики учащиеся знакомятся с особенностями процессов, протекающих в молекулярных системах, и осваивают методы определения важнейших параметров, характеризующих жидкое и газообразное состояния вещества. Студентам рекомендуется четко разделять при действии установок стационарные процессы, неравновесные процессы и равновесные состояния.
Лабораторная работа № 2-2
Определение коэффициента вязкости жидкости
И числа Рейнольдса методом падающего
В жидкостИ шарика
Цель работы: исследование характера движения тела в вязкой жидкости.
Оборудование: длинный цилиндрический сосуд с исследуемой жидкостью и с двумя кольцевыми метками, набор шариков, микрометр, секундомер, линейка, термометр.
Введение
Силы, действующие на движущееся в жидкости тело, в значительной степени зависят от свойств жидкости. При безотрывном плавном обтекании тела идеальной жидкостью сила лобового сопротивления равна нулю ("парадокс" Даламбера). Обтекание тела вязкой жидкостью приводит к возникновению пограничного слоя, в котором влияние сил вязкости заметно, отрыву потока за телом и колебаниям потока из–за вихреобразования. В общем случае сила лобового сопротивления такого обтекания обусловлена: 1) касательными силами вязкости к поверхности тела; 2) перепадом давлений из–за отрыва потока; 3) колебаниями давления вследствие вихреобразования за телом. Какая из составляющих дает наибольший вклад в величину силы лобового сопротивления, в первую очередь, определяется значением критерия подобия числом Рейнольдса 
, где 
– плотность жидкости; 
– характерная скорость потока; 
– характерный размер; 
– коэффициент вязкости жидкости. При малых скоростях потока жидкости, а следовательно, при малых числах Рейнольдса, главную роль играют силы вязкого трения. Стокс показал, что при движении тела в форме шара в вязкой жидкости вдали от стенок сосуда и поверхностей других тел сила лобового сопротивления Fc имеет вид
, (1)
где r – радиус шара. Формула Стокса (1) применима при условии Re <<1. Как видно из выражения (1), медленное движение тела в вязкой жидкости может быть использовано для определения величины коэффициента вязкости жидкости. Это осуществляется в установке, представленной на рисунке.
В широкий вертикально расположенный сосуд налита исследуемая жидкость. На сосуде сделаны по объему жидкости две горизонтальные метки, расстояние между которыми l. Метки достаточно далеко отстоят от дна и верхней кромки жидкости. В сосуд опускают металлический шарик массой m и плотностью ρМ с начальной скоростью, равной нулю. Как видно из рисунка, на шарик действуют три силы: сила тяжести, сила лобового сопротивления вязкой жидкости F 1 и выталкивающая сила Архимеда F. На начальном участке движение шарика ускоренное. Но так как с увеличением скорости растет сила лобового сопротивления, вскоре сумма всех сил, действующих на шарик, будет равна нулю, и шарик будет падать с постоянной скоростью. Метками и выделяется участок длины l, на котором шарик движется равномерно. Проекция суммы всех сил на вертикальную ось дает выражение
,
где 
, 
, 
uo – скорость равномерного перемещения шарика; 
– плотность жидкости.
Таким образом,
.
Отсюда получается выражение для коэффициента вязкости жидкости
Если учесть, что 
, где 
– время равномерного перемещения шарика между метками, то окончательное выражение для вязкости
Условие применимости формулы (2) – Re<< 1 (см. выше). Это накладывает ограничения на размеры падающего шарика
(3)
если пренебречь архимедовой силой.