1.      Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze zjawiskiem lepkości i jej pomiarami.

2.      Zakres wymaganych wiadomości.

Lepkość płynu – zdolność do stawiania oporu przy wzajemnym przesuwaniu się cząstek względem siebie. Zjawisko to generuje siły styczne.

Mechanizm powstawania lepkości. Cząsteczki cieczy pozostają w nieustannym, bezładnym ruchu, podczas którego zachodzi przenoszenie pędu między sąsiednimi warstewkami cieczy poruszającymi się różnymi prędkościami. Zjawisko to powoduje pojawienie się naprężeń stycznych, stanowiących istotę tarcia wewnętrznego.

Oznaczając przez dh odległość dwu sąsiednich elementów o powierzchni dF, z których jeden porusza się z prędkością  u, a drugi z prędkością u= du, określimy wartość siły stycznej dT przeciwdziałającej postaciowemu  odkształceniu elementarnego prostopadłościanu

Naprężenie styczne :

        gdzie : η- współczynnik proporcjonalności, lepkość dynamiczna płynu.

Hipoteza Newtona – siła oporu jest wprost proporcjonalna do gradientu prędkości do powierzchni dF.

Jednostki lepkości:

Wymiar współczynnika lepkości dynamicznej w układzie LMT :

[η]=L-1MT-1

a w układzie LFT:

[η]=L-2FT

W układzie CGS jednostką współczynnika lepkości jest

1 puaz = 1 P = 1 g cm-1 sek-1

Współczynnik lepkości dynamicznej równa się 1 puaz, gdy do wzajemnego przesunięcia dwu warstewek cieczy o powierzchni 1 cm2, odległych od siebie o 1 cm i poruszających się  z prędkością względna 1 cm/sek, potrzeba siły równej jednej dynie.

W praktyce wartości liczbowe współczynnika η wyrażamy najczęściej w centypuazach.

1 centypuaz = 1 cP = 0,01 puaz

W układzie technicznym jednostek miar współczynnik lepkości dynamicznej wyrażamy w kp m-2 sek.

Zależność między cP a jednostkami układu M Kp S (metr, kilopond, sekunda)

                              1 kp m-2sek = 9810 cP

3.      Schemat stanowiska.

4.      Opis przebiegu doświadczenia.

Włączamy urządzenie. Ustawiamy odpowiednią temperaturę na termometrze z grzałką, która podgrzewa wodę, która z kolei przepływa przez dwie rurki do naczynia. Naczynie to składa się z dwóch tulei: z zewnętrznej, w której znajduje się woda i z wewnętrznej, która znajduje się w zewnętrznej, i w której jest olej i metalowa kulka.

Odwracamy naczynie o 180° aby kulka opadła, w tym czasie podgrzewa się woda i znów obracamy naczynie o 180° i mierzymy czas opadania kulki między zaznaczonymi granicami. Zmierzony czas notujemy. Następnie znów zwiększamy temperaturę, by podgrzać wodę, obracamy naczynie, czekamy aż kulka opadnie, po czym z powrotem obracamy naczynie i mierzymy czas opadania kulki. Notujemy. Czynności powtarzamy kilka razy. Po wykonaniu ćwiczenia urządzenie wyłączamy.

5.      Tabela pomiarowa.

6.      Przykładowe obliczenia.

h = t ( r1 - r2 ) K

h [cP] – lepkość dynamiczna

t [s] – czas opadania kulki

r1 [g/cm3] – gęstość kulki

r2 [g/cm3] – gęstość oleju

K [cP · cm3 / g · s] – stała dla wiskozymetru Hopplera

Dane:

r1 = 8,10 g/cm3

r2 = 0,867 g/cm3

K = 0,13 cP · cm3 / g · s

t – dane umieszczone w tabeli, np.

t = 254

                            h = 254 · ( 8,10 – 0,867 ) · 0,13

                            h = 238,83 cP

                            h = 0,23883 N / m2s

t = 144

                            h = 144 · ( 8,10 – 0,867 ) · 0,13

              ...