Viskozās berzes spēks. Viskozās berzes spēku izpēte Pretestības spēks, pārvietojoties viskozā vidē
![Viskozās berzes spēks. Viskozās berzes spēku izpēte Pretestības spēks, pārvietojoties viskozā vidē](https://i1.wp.com/helpiks.org/helpiksorg/baza6/271240066104.files/image004.gif)
Mērķis: viskozās berzes fenomena izpēte un viena no šķidrumu viskozitātes noteikšanas metodēm.
Instrumenti un piederumi: dažāda diametra bumbiņas, mikrometrs, suports, lineāls.
Teorijas elementi un eksperimenta metode
Visiem reālajiem šķidrumiem un gāzēm ir iekšēja berze, ko sauc arī par viskozitāti. Viskozitāte jo īpaši izpaužas faktā, ka kustība, kas radusies šķidrumā vai gāzē pēc to izraisījušo cēloņu pārtraukšanas, pakāpeniski apstājas. No ikdienas pieredzes, piemēram, ir zināms, ka, lai caurulē izveidotu un uzturētu pastāvīgu šķidruma plūsmu, ir nepieciešama spiediena starpība starp caurules galiem. Tā kā vienmērīgā plūsmā šķidrums pārvietojas bez paātrinājuma, spiediena spēku darbības nepieciešamība norāda, ka šos spēkus līdzsvaro daži spēki, kas palēnina kustību. Šie spēki ir iekšējie berzes spēki.
Var izdalīt divus galvenos šķidruma vai gāzes plūsmas veidus:
1) laminārs;
2) nemierīgs.
Laminārās plūsmas režīmā šķidruma (gāzes) plūsmu var sadalīt plānos slāņos, no kuriem katrs pārvietojas vispārējā plūsmā ar savu ātrumu un nesajaucas ar citiem slāņiem. Laminārā plūsma ir stacionāra.
Turbulentā režīmā plūsma kļūst nestabila - daļiņu ātrums katrā telpas punktā visu laiku mainās nejauši. Šajā gadījumā plūsmā notiek intensīva šķidruma (gāzes) sajaukšanās.
Apskatīsim laminārās plūsmas režīmu. Plūsmā ar laukumu izdalīsim divus slāņus S, kas atrodas attālumā ∆ Z atsevišķi un pārvietojas dažādos ātrumos. V 1 un V 2 (1. att.). Tad starp tām rodas viskozs berzes spēks, kas ir proporcionāls ātruma gradientam D V/D Z virzienā, kas ir perpendikulārs plūsmas virzienam:
Ja koeficientu μ pēc definīcijas sauc par viskozitāti vai iekšējās berzes koeficientu, D V=V 2-V 1.
No (1) var redzēt, ka viskozitāti mēra paskalsekundēs (Pa s).
Jāņem vērā, ka viskozitāte ir atkarīga no šķidruma (gāzes) veida un stāvokļa. Jo īpaši viskozitātes vērtība var būt ļoti atkarīga no temperatūras, kas tiek novērota, piemēram, ūdenī (sk. 2. pielikumu). Ja šī atkarība netiek ņemta vērā praksē, dažos gadījumos var rasties būtiskas neatbilstības starp teorētiskajiem aprēķiniem un eksperimentālajiem datiem.
Gāzēs viskozitāti rada molekulu sadursme (sk. 1. pielikumu), šķidrumos – starpmolekulāro mijiedarbību dēļ, kas ierobežo molekulu kustīgumu.
Dažu šķidru un gāzveida vielu viskozitātes vērtības ir norādītas 2. pielikumā.
Kā jau minēts, šķidruma vai gāzes plūsma var notikt vienā no diviem režīmiem - laminārā vai turbulentā. Angļu fiziķis Osborns Reinoldss atklāja, ka plūsmas raksturu nosaka bezizmēra lieluma vērtība
Kur ir daudzums, ko sauc par kinemātisko viskozitāti, V ir šķidruma (vai ķermeņa šķidrumā) ātrums, D ir kāds raksturīgs izmērs. Šķidruma plūsmas gadījumā caurulē zem D saprast šīs caurules šķērsgriezuma raksturīgo izmēru (piemēram, diametru vai rādiusu). Kad ķermenis pārvietojas šķidrumā D saprast šī ķermeņa raksturīgo izmēru, piemēram, bumbiņas diametru. Par vērtībām Re< 1000 plūsma tiek uzskatīta par lamināru, plkst Re> 1000 plūsma kļūst nemierīga.
Viena no metodēm vielu viskozitātes mērīšanai (viskozimetrija) ir krītošās bumbas metode jeb Stoksa metode. Stokss parādīja, ka bumba pārvietojas ar ātrumu V viskozā vidē ir viskozā berzes spēks, kas vienāds ar , kur D ir bumbiņas diametrs.
Apsveriet bumbiņas kustību, tai krītot. Saskaņā ar otro Ņūtona likumu (2. att.)
Kur F— viskozās berzes spēks, — Arhimēda spēks, — gravitācijas spēks, ρ UN Un ρ ir attiecīgi šķidruma un bumbiņu materiāla blīvums. Šī diferenciālvienādojuma risinājums būs šāda bumbiņas ātruma atkarība no laika:
Kur V 0 ir bumbiņas sākotnējais ātrums un
Ir vienmērīgas kustības ātrums (pie T>>τ). Daudzums ir relaksācijas laiks. Šī vērtība parāda, cik ātri tiek izveidots stacionārais kustības režīms. Parasti tiek uzskatīts, ka T≈3τ kustība praktiski neatšķiras no stacionārās. Tādējādi, mērot ātrumu VPlkst, var aprēķināt šķidruma viskozitāti. Ņemiet vērā, ka Stoksa formula ir piemērojama, ja Reinoldsa skaitļi ir mazāki par 1000, tas ir, šķidruma plūsmas ap bumbu laminārajā režīmā.
Laboratorijas aparāts šķidrumu viskozitātes mērīšanai, izmantojot Stoksa metodi, ir stikla trauks, kas piepildīts ar pētāmo šķidrumu. Bumbiņas tiek izmestas no augšas, gar cilindra asi. Kuģa augšējā un apakšējā daļā ir horizontālas zīmes. Ar hronometru izmērot bumbiņas kustības laiku starp atzīmēm un zinot attālumu starp tām, tiek atrasts bumbiņas vienmērīgas kustības ātrums. Ja cilindrs ir šaurs, tad aprēķina formula ir jākoriģē attiecībā uz sienu ietekmi.
Ņemot vērā šīs korekcijas, viskozitātes aprēķināšanas formula būs šāda:
Kur L - attālums starp atzīmēm, D ir trauka iekšpuses diametrs.
Darba kārtība
1. Izmantojiet kalibru, lai izmērītu trauka iekšējo diametru, izmantojiet lineālu, lai izmērītu attālumu starp horizontālajām atzīmēm uz trauka, un izmantojiet mikrometru, lai izmērītu visu eksperimentā izmantoto lodīšu diametrus. Tiek pieņemts, ka gravitācijas paātrinājums ir 9,8 m/s2. Šķidruma blīvums un bumbiņu vielas blīvums ir norādīts laboratorijas uzstādījumā.
2. Nolaižot bumbiņas vienu pēc otras šķidrumā, izmēra laiku, kas nepieciešams, lai katra no tām pārvietotos starp atzīmēm. Ierakstiet rezultātus tabulā. Tabulā ir norādīts eksperimenta numurs, lodītes diametrs un tās caurbraukšanas laiks, kā arī viskozitātes aprēķināšanas rezultāts katram eksperimentam.
IEKŠĒJĀS BERZES KOEFICIENTA NOTEIKŠANA
Zemas viskozitātes šķidrumi
Viskozitātes noteikšana
Šķidruma viskozitātes izpausmes piemēri
Ideāls šķidrums, t.i. šķidrums bez berzes, ir abstrakcija. Visiem reāliem šķidrumiem vai gāzēm ir lielāka vai mazāka viskozitāte vai iekšējā berze. Viskozitāte izpaužas faktā, ka kustība, kas radusies šķidrumā vai gāzē pēc to izraisījušo cēloņu pārtraukšanas, pakāpeniski apstājas.
Apskatīsim arī šādus piemērus, kuros izpaužas šķidruma viskozitāte. Tātad, saskaņā ar Bernulli likumu par ideālu šķidrumu, spiediens caurulē ir nemainīgs, ja tās šķērsgriezums un augstums nemainās. Tomēr, kā zināms, spiediens gar šādu cauruli krītas vienmērīgi, kā parādīts attēlā. viens.
Rīsi. 1. Spiediena kritums caurulē ar kustīgu šķidrumu.
Šī parādība ir izskaidrojama ar iekšējās berzes klātbūtni šķidrumā, un to pavada daļa no tā mehāniskās enerģijas pārnešanas uz iekšējo.
Šķidruma laminārajā plūsmā caur cauruli (2. att.) slāņu ātrums nepārtraukti mainās no maksimālā (gar caurules asi) līdz nullei (pie sienām).
No mehāniskā viedokļa jebkurš no slāņiem palēnina blakus esošā slāņa kustību, kas atrodas tuvāk caurules asij (kustas ātrāk), un tam ir paātrinoša iedarbība uz slāni, kas atrodas tālāk no ass (kustas lēnāk) .
Rīsi. 2. Ātruma sadalījums plūsmas šķērsgriezumā
šķidrumi apļveida šķērsgriezuma caurulē (laminārā plūsma).
Viskozās berzes spēks
Lai noskaidrotu modeļus, kuriem pakļaujas iekšējās berzes spēki, apsveriet šādu eksperimentu. Divas viena otrai paralēlas plāksnes ir iegremdētas šķidrumā (3. att.), kura lineārie izmēri ievērojami pārsniedz attālumu starp tām. d. Apakšējā plāksne tiek turēta vietā, augšējā tiek iekustināta attiecībā pret apakšējo ar zināmu ātrumu v 0 .
Rīsi. 3. viskoza šķidruma slāņveida kustība starp plāksnēm,
kam ir dažādi ātrumi.
Šķidruma slānis, kas atrodas tieši blakus augšējai plāksnei, molekulārās kohēzijas spēku ietekmē pielīp tai un pārvietojas kopā ar plāksni. Šķidruma slānis, kas pielipis pie apakšējās plāksnes, paliek mierā ar to. Starpslāņi pārvietojas tā, ka katram augšējam ir lielāks ātrums nekā tam, kas atrodas zem tā. Tas. katrs slānis slīd attiecībā pret blakus esošajiem slāņiem. Tāpēc no apakšējā slāņa puses uz augšējo iedarbojas berzes spēks, kas palēnina otrā slāņa kustību, un, gluži pretēji, no augšējā slāņa sāniem uz apakšējo, tas paātrina. kustība. Tiek saukti spēki, kas rodas starp šķidruma slāņiem, kuri piedzīvo relatīvu nobīdi iekšējā berze. Tiek sauktas šķidruma īpašības, kas saistītas ar iekšējo berzes spēku klātbūtni viskozitāte.
Pieredze rāda, ka, lai pārvietotu augšējo plāksni ar nemainīgu ātrumu v 0, ir nepieciešams uz to iedarboties ar precīzi noteiktu spēku F. Ārēja spēka darbība F ir līdzsvarots ar pretēji vērstu berzes spēku, kas vienāds ar to pēc lieluma.
Iekšējās berzes spēku starp diviem šķidruma slāņiem var aprēķināt, izmantojot Ņūtona formulu:
, (1)
kur h ir dinamiskā viskozitāte, iekšējās berzes koeficients, s ir saskares laukums (šajā gadījumā plāksnes laukums), Dv/D z ir ātruma gradients.
Viskozitātes koeficients ir skaitliski vienāds ar spēku, kas iedarbojas uz slāņa laukuma vienību, kad uz garuma vienību, ņemot perpendikulāri slānim, ātrums mainās par vienu (Dv/D z= 1)
Viskozitāte(iekšējā berze) ( Angļu. viskozitāte) - viena no pārneses parādībām, šķidruma ķermeņu (šķidrumu un gāzu) īpašība pretoties vienas to daļas kustībai attiecībā pret otru. Šķidrumu un gāzu iekšējās berzes mehānisms ir tāds, ka nejauši kustīgas molekulas pārnes impulsu no viena slāņa uz otru, kas noved pie ātrumu izlīdzināšanas - to raksturo berzes spēka ieviešana. Cieto vielu viskozitātei ir vairākas specifiskas pazīmes, un to parasti aplūko atsevišķi. Viskozās plūsmas pamatlikumu noteica I. Ņūtons (1687): Attiecinot uz šķidrumiem, izšķir viskozitāti:
- Dinamiskā (absolūtā) viskozitāte µ - spēks, kas iedarbojas uz plakanas virsmas laukuma vienību, kas pārvietojas ar vienības ātrumu attiecībā pret citu plakanu virsmu, kas atrodas vienības attālumā no pirmās. SI sistēmā dinamisko viskozitāti izsaka kā Pa×s(paskāls sekunde), ārpussistēmas vienība P (poise).
- Kinemātiskā viskozitāte ν ir dinamiskās viskozitātes attiecība µ līdz šķidruma blīvumam ρ .
- ν , m 2 /s - kinemātiskā viskozitāte;
- μ , Pa×s – dinamiskā viskozitāte;
- ρ , kg / m 3 - šķidruma blīvums.
Viskozās berzes spēks
Šī ir tangenciālu spēku parādība, kas neļauj šķidruma vai gāzes daļām pārvietoties viena pret otru. Eļļošana starp divām cietām vielām sauso slīdošo berzi aizstāj ar šķidruma vai gāzes slāņu slīdošo berzi viens pret otru. Vides daļiņu ātrums vienmērīgi mainās no viena ķermeņa ātruma uz cita ķermeņa ātrumu.
Viskozās berzes spēks ir proporcionāls relatīvās kustības ātrumam Vķermeņi, proporcionāli laukumam S un apgriezti proporcionāls attālumam starp plaknēm h.
F=-V S/h ,Tiek izsaukts proporcionalitātes koeficients atkarībā no šķidruma vai gāzes veida dinamiskais viskozitātes koeficients. Vissvarīgākais viskozā berzes spēku būtībā ir tas, ka jebkura patvaļīgi maza spēka klātbūtnē ķermeņi sāks kustēties, tas ir, nav statiskā berze. Kvalitatīvi nozīmīga spēku atšķirība viskoza berze no sausā berze
Ja kustīgs ķermenis ir pilnībā iegremdēts viskozā vidē un attālumi no ķermeņa līdz vides robežām ir daudz lielāki par paša ķermeņa izmēriem, tad šajā gadījumā runa ir par berzi vai. vides izturība. Šajā gadījumā barotnes (šķidruma vai gāzes) sekcijas, kas atrodas tieši blakus kustīgajam ķermenim, pārvietojas ar tādu pašu ātrumu kā pats ķermenis, un, attālinoties no ķermeņa, atbilstošo vides posmu ātrums samazinās, bezgalībā pagriežas uz nulli.
Vides pretestības spēks ir atkarīgs no:
- tā viskozitāte
- no ķermeņa formas
- par ķermeņa ātrumu attiecībā pret vidi.
Piemēram, kad bumbiņa lēni pārvietojas viskozā šķidrumā, berzes spēku var atrast, izmantojot Stoksa formulu:
F=-6 R V,Kvalitatīvi nozīmīga atšķirība starp viskozās berzes spēkiem un sausā berze, cita starpā, tas, ka ķermenis tikai viskozas berzes un patvaļīgi maza ārējā spēka klātbūtnē noteikti sāks kustēties, tas ir, viskozā berzes gadījumā nav statiskās berzes, un otrādi - tikai viskozā berze, ķermenis, kas sākotnēji kustējās, nekad (makroskopiskā tuvinājumā, kas ignorē Brauna kustību) neapstāsies pilnībā, lai gan kustība palēnināsies uz nenoteiktu laiku.
Gāzu viskozitāte
Gāzu viskozitāte (iekšējās berzes parādība) ir berzes spēku parādīšanās starp gāzes slāņiem, kas pārvietojas viens pret otru paralēli un dažādos ātrumos. Gāzu viskozitāte palielinās, palielinoties temperatūrai
Divu gāzes slāņu mijiedarbību uzskata par procesu, kura laikā impulss tiek pārnests no viena slāņa uz otru. Berzes spēku uz laukuma vienību starp diviem gāzes slāņiem, kas vienāds ar impulsu, kas sekundē tiek pārnests no slāņa uz slāni caur laukuma vienību, nosaka Ņūtona likums:
τ=-η dv / dz
kur:
dv / dz- ātruma gradients virzienā, kas ir perpendikulārs gāzes slāņu kustības virzienam.
Mīnusa zīme norāda, ka impulss tiek pārnests ātruma samazināšanās virzienā.
η
- dinamiskā viskozitāte.
η= 1/3 ρ(ν) λ, kur:
ρ
ir gāzes blīvums,
(ν)
- molekulu vidējais aritmētiskais ātrums
λ
ir molekulu vidējais brīvais ceļš.
Dažu gāzu viskozitāte (pie 0°C)
Šķidruma viskozitāte
Šķidruma viskozitāte- šī ir īpašība, kas izpaužas tikai tad, kad šķidrums ir kustībā, un neietekmē šķidrumus miera stāvoklī. Viskozā berze šķidrumos pakļaujas berzes likumam, kas būtiski atšķiras no cietvielu berzes likuma, jo ir atkarīgs no berzes laukuma un šķidruma ātruma.
Viskozitāte- šķidruma īpašība pretoties tā slāņu relatīvajai bīdei. Viskozitāte izpaužas faktā, ka, relatīvi pārvietojoties šķidruma slāņiem uz to saskares virsmām, rodas bīdes pretestības spēki, ko sauc par iekšējās berzes spēkiem vai viskozitātes spēkiem. Ja mēs ņemam vērā, kā dažādu šķidruma slāņu ātrumi tiek sadalīti pa plūsmas šķērsgriezumu, tad mēs varam viegli redzēt, ka jo tālāk no plūsmas sienām, jo lielāks ir daļiņu ātrums. Pie plūsmas sienām šķidruma ātrums ir nulle. Ilustrācija tam ir tā sauktā strūklas plūsmas modeļa zīmējums.
Lēnām kustīgs šķidruma slānis "palēnina" blakus esošā šķidruma slāni, kas pārvietojas ātrāk, un otrādi, slānis, kas pārvietojas ar lielāku ātrumu, velk (velk) slāni, kas pārvietojas ar mazāku ātrumu, sev līdzi. Iekšējās berzes spēki parādās starpmolekulāro saišu klātbūtnes dēļ starp kustīgajiem slāņiem. Ja starp blakus esošajiem šķidruma slāņiem ir iedalīts noteikts laukums S, tad saskaņā ar Ņūtona hipotēzi:
F=μS (du/dy),- μ - viskozās berzes koeficients;
- S ir berzes laukums;
- du/dy- ātruma gradients
Vērtība μ šajā izteiksmē ir dinamiskais viskozitātes koeficients, vienāds ar:
μ= F/S1/du/dy, μ= τ 1/du/d.,- τ - bīdes spriegums šķidrumā (atkarīgs no šķidruma veida).
Viskozās berzes koeficienta fiziskā nozīme- skaitlis, kas vienāds ar berzes spēku, kas veidojas uz vienības virsmas ar vienības ātruma gradientu.
Praksē to izmanto biežāk kinemātiskās viskozitātes koeficients, tā nosaukts tāpēc, ka tā dimensijai nav spēka apzīmējuma. Šis koeficients ir šķidruma viskozitātes dinamiskā koeficienta attiecība pret tā blīvumu:
ν= μ / ρ ,Viskozās berzes koeficienta mērvienības:
- N·s/m2;
- kgf s/m2
- Pz (Poiseuille) 1 (Pz) \u003d 0,1 (N s / m 2).
Šķidruma viskozitātes īpašību analīze
Pilināmiem šķidrumiem viskozitāte ir atkarīga no temperatūras t un spiedienu R tomēr pēdējā atkarība izpaužas tikai pie lielām spiediena izmaiņām, aptuveni vairāku desmitu MPa.
Dinamiskās viskozitātes koeficienta atkarību no temperatūras izsaka ar šādas formas formulu:
μt \u003d μ 0 e -k t (T-T 0),- µt - dinamiskās viskozitātes koeficients noteiktā temperatūrā;
- μ 0 - dinamiskās viskozitātes koeficients zināmā temperatūrā;
- T - iestatītā temperatūra;
- T 0 - temperatūra, kurā vērtība tiek mērīta μ 0 ;
- e
Dinamiskās viskozitātes relatīvā koeficienta atkarību no spiediena apraksta ar formulu:
μ p \u003d μ 0 e -k p (P-P 0),- μ R - dinamiskās viskozitātes koeficients noteiktā spiedienā,
- μ 0 - dinamiskās viskozitātes koeficients zināmā spiedienā (visbiežāk normālos apstākļos),
- R - iestatīt spiedienu,;
- P 0 - spiediens, pie kura mēra vērtību μ 0 ;
- e - naturālā logaritma bāze ir 2,718282.
Spiediena ietekme uz šķidruma viskozitāti parādās tikai pie augsta spiediena.
Ņūtona un neņūtona šķidrumi
Ņūtona šķidrumi ir šķidrumi, kuru viskozitāte nav atkarīga no deformācijas ātruma. Navjē – Stoksa vienādojumā Ņūtona šķidrumam ir viskozitātes likums, kas līdzīgs iepriekšminētajam (faktiski Ņūtona likuma vai Navjē likuma vispārinājums).
Atšķirība starp viskozu berzi un sauso berzi ir tāda, ka tā var izzust vienlaikus ar ātrumu. Pat ar nelielu ārējo spēku viskozas vides slāņiem var piešķirt relatīvu ātrumu.
Pretestības spēks, pārvietojoties viskozā vidē
1. piezīmePapildus berzes spēkiem, pārvietojoties šķidrā un gāzveida vidē, rodas vides pretestības spēki, kas ir daudz nozīmīgāki par berzes spēkiem.
Šķidruma un gāzes uzvedība attiecībā pret berzes spēku izpausmēm neatšķiras. Tāpēc uz abiem stāvokļiem attiecas šādi raksturlielumi.
1. definīcija
Pretestības spēks, kas rodas, ķermenim pārvietojoties viskozā vidē, ir saistīts ar tā īpašībām:
- statiskās berzes trūkums, tas ir, peldoša daudztonnu kuģa kustība ar virvi;
- pretestības spēka atkarība no kustīgā ķermeņa formas, citiem vārdiem sakot, no tā racionalizācijas, lai samazinātu pretestības spēkus;
- pretestības spēka absolūtās vērtības atkarība no ātruma.
Ir noteiktas likumsakarības, kurām ir pakļauti vides berzes un pretestības spēki, simboliski apzīmējot kopējo spēku kā berzes spēku. Tās vērtība ir atkarīga no:
- ķermeņa forma un izmērs;
- tās virsmas stāvoklis;
- ātrums attiecībā pret vidi un tā īpašībām, ko sauc par viskozitāti.
Lai attēlotu berzes spēka atkarību no ķermeņa ātruma attiecībā pret vidi, izmantojiet 1. attēla grafiku.
1. attēls. Berzes spēka atkarības no ātruma attiecībā pret vidi grafiks
Ja ātruma vērtība ir maza, tad pretestības spēks ir tieši proporcionāls attiecībā pret υ, un berzes spēks palielinās lineāri ar ātrumu:
F t p \u003d - k 1 υ (1) .
Mīnusa klātbūtne nozīmē berzes spēka virzienu pretējā virzienā attiecībā pret ātruma virzienu.
Pie lielas ātruma vērtības notiek pāreja no lineāra likuma uz kvadrātisko, tas ir, berzes spēka pieaugums ir proporcionāls ātruma kvadrātam:
F t p \u003d - k 2 υ 2 (2) .
Ja gaisā pretestības spēka atkarība no ātruma kvadrāta samazinās, tiek runāts par ātrumiem ar vērtībām vairāki metri sekundē.
Berzes koeficientu k 1 un k 2 vērtība ir atkarīga no ķermeņa virsmas formas, izmēra un stāvokļa un vides viskozajām īpašībām.
1. piemērs
Ja ņemam vērā ilgstošu desantnieka lēcienu, tad tā ātrums nevar pastāvīgi pieaugt, noteiktā brīdī sāksies tā lejupslīde, pie kuras pretestības spēks būs vienāds ar gravitācijas spēku.
Ātruma vērtība, ar kādu likums (1) veic pāreju uz (2), ir atkarīga no tiem pašiem iemesliem.
2. piemērs
Ir divu dažādu masu metāla lodīšu kritiens no viena augstuma ar trūkstošo sākuma ātrumu. Kura bumba nokritīs ātrāk?
Ņemot vērā: m 1, m 2, m 1 > m 2
Risinājums
Kritiena laikā abi ķermeņi uzņem ātrumu. Noteiktā brīdī kustība uz leju tiek veikta ar vienmērīgu ātrumu, pie kura pretestības spēka (2) vērtība ir vienāda ar gravitācijas spēku:
F t p \u003d k 2 υ 2 \u003d m g.
Vienmērīgu ātrumu iegūstam pēc formulas:
υ 2 = m g k 2 .
Tāpēc smagai bumbiņai ir lielāks līdzsvara stāvokļa krišanas ātrums nekā vieglai. Tāpēc zemes virsmas sasniegšana notiks ātrāk.
Atbilde: smaga bumba ātrāk sasniegs zemi.
3. piemērs
Izpletņlēcējs lido ar ātrumu 35 m/s, līdz atveras izpletnis, bet pēc tam - ar ātrumu 8 m/s. Nosakiet līniju spriegumu, kad izpletnis atveras. Izpletņlēcēja svars 65 kg, brīvā kritiena paātrinājums 10 m/s 2 . Norādiet F tr proporcionalitāti attiecībā pret υ.
Ņemot vērā: m 1 \u003d 65 kg, υ 1 \u003d 35 m / s, υ 2 = 8 m / s.
Atrast: T-?
Risinājums
Bilde 2
Pirms atvēršanas izpletņlēcējam bija ātrums υ 1 = 35 m / s, tas ir, viņa paātrinājums bija nulle.
Saskaņā ar otro Ņūtona likumu mēs iegūstam:
0 = m g - k υ 1 .
Ir skaidrs, ka
Pēc izpletņa atvēršanas tā υ mainās un kļūst vienāds ar υ 2 = 8 m / s. No šejienes Ņūtona otrajam likumam ir šāda forma:
0 - m g - k υ 2 - T .
Lai atrastu līniju spriegošanas spēku, ir jāpārvērš formula un jāaizstāj vērtības:
T \u003d m g 1 - υ 2 υ 1 ≈ 500 N.
Atbilde: T = 500 N.
Ja pamanāt tekstā kļūdu, lūdzu, iezīmējiet to un nospiediet Ctrl+Enter
Interesanti, ka absolūti sausi ķermeņi dabā praktiski nav sastopami. Jebkuros iekārtu apkopes apstākļos uz cietas vielas virsmas veidojas plānas atmosfēras nokrišņu, tauku u.c. Berzi starp cietu ķermeni un šķidrumu vai gāzi sauc par viskozu vai šķidruma berzi.
Kur rodas viskozā berze?
Viskoza berze rodas, kad cietie ķermeņi pārvietojas šķidrā vai gāzveida vidē vai kad šķidrums vai gāze pati plūst garām nekustīgiem cietiem ķermeņiem.
Kāds ir viskozās berzes cēlonis?
Viskozās berzes cēlonis ir iekšējā berze.
Ja ciets ķermenis kustas stacionārā vidē, tam līdzi pārvietojas ūdens vai gaisa slānis, kas tam pielipis. Tajā pašā laikā tas slīd gar blakus esošo slāni. Ir berzes spēks, kas piesaista šo slāni.
Tas iekustina un, savukārt, velk nākamo slāni utt.. Jo tālāk no ķermeņa virsmas, jo lēnāk pārvietojas šķidruma vai gāzes slāņi. Berzes spēks starp slāņiem palēnina ātrākos slāņus un līdz ar to arī pašu cieto ķermeni. To bremzē tieši viskozā berze. Tas pats notiek, kad šķidruma vai gāzes straume plūst garām nekustīgam ķermenim.
Interesantas viskozās berzes iezīmes!
![](https://i2.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/48.jpg)
Ielejiet bļodā nedaudz ūdens un iemērciet tajā koka gabalu. Uzpūtiet uz skaidas - tas peldēs pa ūdeni. Un pat tad, ja pūtīsit vāji, skaida vienalga izkustēsies no savas vietas.Galvenā atšķirība starp viskozu berzi un sauso berzi ir tāda, ka nav viskozas statiskās berzes!
Neatkarīgi no tā, cik mazs vilces spēks iedarbojas uz ķermeni, tas nekavējoties liek ķermenim kustēties šķidrumā. Jo mazāks šis spēks, jo lēnāk ķermenis peldēs.
Kas nosaka berzes spēku šķidrumā vai gāzē?
Berzes spēks, ko izjūt kustīgs ķermenis, piemēram, šķidrumā, ir atkarīgs no kustības ātruma, no ķermeņa formas un izmēra, kā arī no šķidruma īpašībām.
Pie maziem kustības ātrumiem pretestības spēks ir tieši proporcionāls kustības ātrumam un ķermeņa lineārajam izmēram. Ķermeņi izjūt lielāku pretestības spēku, jo biezāka (viskozāka) būs vide. Un šķidrumi var nebūt viskozi, piemēram, ūdens, vai ļoti viskozi, piemēram, medus. Ūdenim ir zemāka viskozitāte nekā līmei, un līmei ir zemāka viskozitāte nekā sveķiem.
Viskozitāte ir atkarīga no šķidruma temperatūras.
Piemēram, ziemā aukstumā stāvošai automašīnai ir jāuzsilda motors.
Tas tiek darīts, lai sasildītu dzinējā ielieto sasalušo eļļu.
Saldētas eļļas viskozitāte ir lielāka nekā uzkarsētās, un motors nevar ātri griezties.
Un otrādi, gāzu viskozitāte samazinās, pazeminoties temperatūrai.
Palielinoties ķermeņa ātrumam, mainās vides pretestība. Tas ir atkarīgs no plūsmas rakstura ap ķermeni, kas tajā pārvietojas. Lielā ātrumā aiz kustīga ķermeņa rodas sarežģīta turbulenta plūsma, veidojas dīvainas figūras, gredzeni un virpuļi.
![](https://i0.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/75.jpg)
Turbulentā pretestība kustībai jau ir atkarīga no vides blīvuma, ķermeņa ātruma kvadrāta un ķermeņa izmēra (kvadrātveida). Turbulentā pretestība samazinās vairākas reizes pēc tam, kad kustīgam ķermenim ir piešķirta racionalizēta forma. Vislabākā ķermeņa forma, kas pārvietojas šķidruma vai gāzes kolonnā, ir neasa priekšā un asa aizmugurē (piemēram, delfīniem un vaļiem).
Sen...
Daži senie zīmējumi, kas atrasti piramīdās, parāda, kā ēģiptieši lej pienu zem kamanu skrējējiem, uz kuriem viņi velk akmens bluķus.
Bronzas laikmeta (5. gs. p.m.ē.) aku vārtu piestātnēs, kas nonākušas līdz mums, tika atrastas olīveļļas pēdas, kas palīdzēja samazināt berzi.
Kas ir "smērviela"?
Tāpēc viņi saka par eļļošanu: "tas iet kā pulkstenis."
Kur jācīnās ar sausu virsmu slīdēšanu, tās cenšas padarīt slapju, ieeļļot. Riteņu rumbas ir nosmērētas ar darvu vai smērvielu; gultņos ielej eļļu, iepilda smērvielu. Elektrostacijās ir pat speciāla eļļotāja pozīcija, ielejot smērvielu no eļļotāja berzes daļās. Arī uz dzelzceļa ir eļļotāji. Pateicoties eļļošanai, berze tiek samazināta 8–10 reizes.
Kādi dabiskie šķidrumi ir vislabākie eļļošanai?
Tie ir augu tauki, sviests, liellopu gaļa vai speķis, darva. Bet, attīstoties tehnoloģijām, tika atrastas citas, lētākas smērvielas - naftas rafinēšanas rezultātā iegūtās minerāleļļas.
Kā mūsdienu smērvielas var nosaukt mašīnu, aviācijas, dīzeļeļļas, smērvielas, smērvielas, tehnisko vazelīnu, autol, nigrolu, vārpstas eļļu, ieroču eļļu.
Izrādījās, ka, piemēram, jo masīvāka ir rotējoša daļa, jo biezākai jābūt smērvielai. Hidraulisko turbīnu smagās vārpstas ir ieeļļotas ar biezu smērvielu, bet kabatas pulksteņu ritošās daļas - ar šķidru un caurspīdīgu kaulu eļļu. Labai smērvielai jābūt "eļļainai". Tad, mašīnai apstājoties, spraugā starp beržošajām daļām paliek plānākā smērvielas kārtiņa, un, mašīnu iedarbinot, nav nepieciešams pārvarēt statisko berzi starp pilnīgi sausām virsmām. Tas samazina berzes detaļu berzi un nodilumu. Mašīnas darbības laikā smērviela uzsilst un daļēji zaudē savas īpašības, tāpēc smērvielas atdzesēšanai tiek izmantotas īpašas ierīces. Un ir radīti tādi smērvielu maisījumi, kas labi iedarbojas arī ļoti aukstā laikā.
Bet dabā visizplatītākais šķidrums – ūdens kā smērviela tiek izmantots reti. Tam ir zema viskozitāte un turklāt tas izraisa daudzu metālu koroziju.
![](https://i2.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/51.jpg)
Neuzmanība pret uguni ir galvenais visu konstrukciju ugunsgrēka cēlonis.
Bet vējdzirnavām, kas nu jau praktiski izzudušas, viens no galvenajiem ugunsgrēka cēloņiem bija stiprs vējš, jo pie stipra vēja to ass bieži aizdegās no berzes !!!
![](https://i0.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/52.jpg)
Ja uz audekla ugunsdzēsības šļūtenes tiek uzklāts augstspiediena ūdens, tā var plīst. Un ja paņem brezentu stiprāku? Amerikāņu ugunsdzēsēji veica šādu eksperimentu. Šļūtene neplīsa, bet, kad ūdens plūsmas ātrums sasniedza 100 litrus sekundē, šļūtene aizdegās no ūdens berzes pret audekla sienām!
Interesanti!
Ir šķidrums, kas palielina berzi. Tas ir blēdis!
Eļļojot berzes virsmas ar smērvielu, sausā berze tiek aizstāta ar viskozu berzi un samazinās.
![](https://i0.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/47.jpg)
Šķidrumi ir berzes smērviela, taču, velkot naglas no koka izstrādājuma, kas ilgstoši bijis lietū vai mitrā vietā, jāpieliek daudz lielāka piepūle, nekā velkot ārā no sausa! Fakts ir tāds, ka palielinās spraugas starp mitruma uzbriedušajām koksnes daļiņām, un koka šķiedras stiprāk saspiež naglu, vienlaikus palielinoties berzes spēkam.
![](https://i1.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/29.jpg)
Kad paisuma vilnis virzās gar okeāna dibenu, berzes spēku dēļ Zemes rotācija palēninās un diena pagarinās.
Viskozā berze noved pie kustīgā ķermeņa mehāniskās enerģijas zuduma, jo palēnina viņu. Bet tas nenozīmē, ka, piemēram, lidmašīnai būs labāk lidot vidē, kurā nav viskozas berzes. Lidmašīna tādā gaisā nemaz nevarēs pacelties, jo. tā spārna pacēlums un dzenskrūves vilce būs nulle!
![](https://i0.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/46.jpg)
Gaisa pretestības dēļ palielinās satelīta lineārais ātrums, kas pārvietojas retinātos atmosfēras slāņos! Paradokss tiek skaidrots ar to, ka orbītas rādiuss samazinās un daļa no satelīta potenciālās enerģijas tiek pārvērsta kinētiskā enerģijā.
![](https://i1.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/81.jpg)
Kuģim, kura ūdensizspaids ir aptuveni 35 000 tonnu un garums ir aptuveni 180 m, berzes zudums pret ūdeni pie 14 mezglu gājiena ir aptuveni 75% no kopējās jaudas, bet atlikušie 25% tiek tērēti viļņu pretestības pārvarēšanai. . Interesanti, ka šis pēdējais zaudējumu veids ievērojami samazinās, kad ķermenis pārvietojas iegremdētā stāvoklī.
![](https://i1.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/79.jpg)
Mūsu atmosfēra pie zemes virsmas ir aptuveni 800 reizes mazāk blīva nekā ūdens, taču tā var arī radīt milzīgu pretdarbību kustībai. Tādējādi parasts vilciens ar ātrumu 200 km/h gaisa pretestības pārvarēšanai tērē aptuveni 70% no kopējās jaudas. Pat ar labi sakārtotu formu šis rādītājs nenoslīd zem pusi no kopējās jaudas.
![](https://i1.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/80.jpg)
Jau pirmais lidaparāts skaidri sajuta milzīgo gaisa pretestības spēku. Un no šī brīža pretestības samazināšana labākas racionalizācijas dēļ ir kļuvusi par vienu no galvenajām problēmām aviācijas attīstībā. Galu galā berze pret gaisu ne tikai absorbē dzinēju enerģiju, bet arī izraisa bīstamu gaisa kuģa pārkaršanu blīvos atmosfēras slāņos. Bet tajā pašā laikā pretimnākošā plūsma kalpo kā viens no gaisa kuģu pacelšanas avotiem.