Описание экспериментальной установки.

Установка (рис. 2.1) состоит из открытого вертикального цилиндрического сосуда 1, который приводится во вращение валом 5 от электродвигателя ( об/мин) через редуктор с передаточным числом 10 (электродвигатель и редуктор на рисунке не приведены).

Для измерения вертикальных отметок точек, лежащих на поверхности жидкости, и горизонтальных их координат служит мерная игла 2, которая может перемещаться в вертикальном направлении и по горизонтальной рейке 3 вдоль горизонтальной оси сосуда.

Рейка 3 закреплена на стойке 4 и имеет шкалу.

Штанга мерной иглы снабжена шкалой и нониусом для взятия вертикальных отсчетов и нониусом – для снятия координат .

Рис.2.1. Схема лабораторной установки [13]

4. Порядок проведения опытов. В неподвижный сосуд 1 наливают жидкость до отметки по мерной игле 2, затем включают электродвигатель, приводящий сосуд во вращение. Благодаря силам трения, стенки вращающегося сосуда будут увлекать за собой жидкость, и через некоторое время вся жидкость в сосуде будет

вращаться вместе с сосудом с той же угловой скоростью – жидкость придет в состояние относительного покоя; свободная поверхность жидкости примет форму параболоида вращения с полной высотой .

После этого производят необходимые измерения мерной иглой 2. Сначала иглу устанавливают так, чтобы ее ось совпала с осью сосуда , при этом ноль нониуса должен совпасть с отсчетом на горизонтальной рейке . Затем иглу опускают до соприкосновения ее острия со свободной поверхностью (точка 0') и берут отсчет по нониусу иглы. После этого поднимают иглу и перемещают на 1 см влево или вправо от оси и снова опускают до соприкосновения с поверхностью, снова берут отсчеты по нониусу иглы – и по горизонтальной шкале – . Перемещаясь по радиусу сосуда через 1 см, берут 6-7 точек. Последнее положение иглы – вблизи стенки – должно быть выбрано так, чтоб игла не задевала о стенку сосуда. Данные измерений записываются в журнал, при этом в строку «0» записываются отсчеты и для осевого положения мерной иглы.

Измеряются и вносятся в журнал: радиус сосуда, отметки дна сосуда и уровня жидкости до начала вращения сосуда.

Обработка экспериментальных данных.

Обработка данных производится в следующем порядке:

1) Определяются опытные значения превышения любой точки параболоида вращения над его вершиной 0':

.

2) Определяют теоретические значения этого превышения по формуле

,

– угловая скорость вращения сосуда с жидкостью; – радиус вращения, то есть наикратчайшее расстояние от данной точки свободной поверхности до оси вращения сосуда.

Угловая скорость вращения сосуда, выраженная в радианах в секунду, равна:

,

где – частота вращения сосуда, об/мин.

3) Найденные значения сопоставляются между собой. Расхождение между величинами в процентах подсчитывается по формуле

.

4) Строятся опытная и теоретическая кривые свободной поверхности на одном чертеже.

5) Строятся эпюры избыточного гидростатического давления на дно и стенки сосуда для двух случаев: при относительном покое (во время вращения сосуда) и при абсолютном покое (до вращения).

Построение ведется для одной половины сосуда, в масштабе . Все данные для построения эпюр: глубины, гидростатические давления в характерных точках и т. д. должны быть записаны под каждой эпюрой.

Форма отчета.

Таблица 2.1 – Регистрация и обработка опытных данных [13]

№ точки	Отсчет по горизонтальной рейке , см	Радиус вращения точки , см	Отсчет по мерной игле , см	Превышение точки над вершиной параболоиды вращения
по опыту , см	по расчету , см	расхождение , %

 

7. Контрольные вопросы:

1. Дать определение относительного и абсолютного покоя жидкости.

2. Что называется «поверхностью равного давления?»

3. Записать уравнение поверхности равного давления и пояснить его.

4. Записать, чему равна сила тяжести и ее единичная проекция на оси координат.

5. Записать, чему равна сила инерции и ее единичная проекция на оси координат.

6. Какова форма свободной поверхности в рассматриваемом случае вращающегося сосуда и при абсолютном покое жидкости?

7. Как определить гидростатическое давление в любой точке дна и стенки вращающегося сосуда?

8. Как определить полную высоту параболоида вращения?

9. Насколько опускается вершина параболоида и поднимаются его концы относительно первоначального уровня жидкости в сосуде?

10. Как определить гидростатическое давление в любой точке дна и стенки вращающегося сосуда?

11. Есть ли разница в величине гидростатического давления на дно и стенки сосуда до начала вращения его и во время вращения?

12. Как вычислить силу избыточного давления на дно сосуда?

13. Назвать примеры относительного покоя жидкости, встречающиеся в технике.

 

Лабораторная работа № 3

Рекомендуемые страницы: