Wyższa Szkoła Inżynierii Dentystycznej im. prof. A. Meissnera w Ustroniu

LABORATORIUM  FIZYCZNE

ĆWICZENIE nr 5

Wyznaczanie liczby Reynoldsa

WPROWADZENIE

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie prędkości rozgraniczającej przepływ laminarny od burzliwego i wyznaczenie współczynnika lepkości cieczy.

              Określenie rodzaju ruchu płynów ma istotne znaczenie w praktyce. Opis matematyczny przepływu burzliwego napotyka na poważne trudności. W celu ominięcia tych trudności przy badaniu różnych procesów ruchu ośrodków ciągłych, stosuje się proste metody podobieństwa geometrycznego i fizycznego. Stosując sposób zaproponowany przez O. Reynoldsa możemy znaleźć wyrażenie na siłę oporu F wywieraną przez ośrodek o gęstości r i lepkości h na poruszającą się w nim z prędkoscią v kulę o promieniu r. Wprowadźmy bezwymiarową wielkość Re nazywaną liczbą Reynoldsa:

Siła oporu ma wymiar [N]. Wielkością o tym wymiarze będzie rv2r2. To wurażenie pomnożone przez liczbę Reynoldsa daje także wymiar siły. Można przyjąć, że siła oporu wyraża się wzorem: F = rv2r2 f(Re). Dla małych prędkości, siły oporu są proporcjonalne do prędkości w pierwszej potędze, więc funkcja f(Re) musi mieć postać: f(Re) = const/Re. Otrzymujemy wzór Stokesa:

              W doświadczeniu wyznaczamy prędkość przepływu v cieczy o gęstości r i lepkości h przez rurkę o promieniu wewnętrznym r i długości l, w zależności od różnicy ciśnień (różnicy wysokości Dh). Liczba Reynoldsa dla takiego przepływu określona jest tym samym wzorem: Re = rvr/h. Objętość V przepływającej cieczy w czasie t dana jest wzorem:

ZAGADNIENIA DO KOLOKWIUM WSTĘPNEGO

·         Ciecz idealna, ciecz rzeczywista, pojęcie lepkości cieczy

·         Przepływ laminarny, przepływ burzliwy, liczba Reynoldsa

·         Prawo Archimedesa, zasady dynamiki Newtona

APARATURA

Zbiornik z kranem, menzurka, suwmiarka,  stoper, przymiar

WYKONANIE ĆWICZENIA

1.      Zbiornik napełniamy wodą destylowaną do maksymalnej wysokości.

2.      Mierzymy czas wypływu kolejnych objętości cieczy (~ 100 ml). Objętość mierzymy menzurką. Porcje te przelewamy do innego naczynia. W miarę pomiarów objętość wody w zbiorniku maleje.

3.      W każdym cyklu mierzymy początkowy i końcowy poziom (wysokość) wody.

OPRACOWANIE WYNIKÓW

1.      Dla każdego pomiaru wyznaczamy średni poziom wody i obliczamy prędkość wypływu.

2.      Sporządzamy wykres zależności V/t = f (Dh).

3.      Z części liniowej wyznaczamy współczynnik kierunkowy prostej, a z niego współczynnik lepkości h.

4.      Dla punktu, oddzielającego zależność liniową od nieliniowej wyznaczamy liczbę Reynoldsa.

UWAGA:  Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać:

·         stronę tytułową

·         cześć teoretyczną  (około 1 strona A4)

·         wyniki pomiarów podpisane przez prowadzącego

·         obliczenia, wykresy

·         dyskusje dokładności pomiarów

·         porównanie otrzymanych wyników z danymi tablicowymi

·         literatura

LITERATURA

Henryk Szydłowski: PRACOWNIA FIZYCZNA,  PWN

Tadeusz Dryński: ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z FIZYKI, PWN