|
ميكانيكا الموائع
المتحركة
الدرس الرابع :
اللزوجة
( 3 ) |
وفيما يلي نشاطين لقياس معامل اللزوجة لسائل .
النشاط
الأول : الطريقة الأولى :
أدوات النشاط :
صفيحة معدنية – بكرة ثابتة ملساء – كتل ـ زيت – خيط –
مسطرة مترية – ساعة ايقاف
خطوات اجراء التجربة :
1-
رتب الادوات كما في الشكل
أدناه
واجعل طبقة من الزيت سمكها ( ل = 0.6 مم ) تحت الصفيحة .
2-
اربط الصفيحة بخيط ومرّره فوق البكرة وضع ثقل كتلته ( 25
غم ) بحيث تجعل الصفيحة تتحرك بسرعة ثابتة لمسافة ( 1 م )
على الطاولة وقم بقياس الزمن اللازم ( ز ).
3-
احسب سرعة الصفيحة ( ع ) .
النتائج :
ـ
طول سطح الصفيحة ( لص )
= 5 سم ، عرض الصفيحة ( ص ) = 4 سم
مساحة السطح ( أ ) = لص× ص
= ( 5 × 10 -2 ) × ( 4
× 10 -2 )
= 20 × 10 -4 م2
= 2 × 10 -3
م2
ـ سمك طبقة الزيت ( ل = 0.6 مم = 0.6 × 10 -3 م
)
ـ وزن الثقل = القوة المؤثرة
= ك × جـ
|
= |
 |
ـ المسافة التي تحركتها الصفيحة ( ف ) = 1 م
ـ الزمن ( ز ) = 3.4 ث
ويمكن حساب معامل اللزوجة كما يلي :
بما أن الصفيحة تتحرك بسرعة ثابتة
\
محصلة القوى المؤثرة عليها = صفر , \
ق ح = و
ويمكن استخدام العلاقة السابقة
لحساب معامل اللزوجة
|
عند درجة حرارة الغرفة التي تمت فيها التجربة
. |
الطريقة الثانية : استخدام قانون ستوكس :
عندما تسقط كرة خلال سائل فإنها تتعرض لثلاث قوى :
1- قوة الوزن إلى أسفل (و) وهي تساوي:
و= ك جـ
حيث :
ك : كتلة الكرة
جـ : تسارع السقوط الحر
و = ( ح ث ) جـ
حيث :
ح : حجم الكرة
ث : كثافة مادة الكرة
2- قوة الطفو إلى أعلى ( ق طفو ) وهي القوة
التي يؤثر بها المائع على الكرة إلى أعلى وهي تساوي :
ق الطفو = وزن السائل المزاح
= كَ جـ
= ( ح ثَ )
حيث :
كَ : كتلة السائل المزاح
ح : حجم الكرة
ثَ : كثافة السائل
3- قمقاومة وهي قوة الإعاقة الناتجة من لزوجة
المائع وهي تختلف باختلاف الجسم الساقط, إلا أن العالم "
ستوكس" توصل إلى علاقة تبين مقدار القوة التي يؤثر بها
المائع في كرة متحركة فيه (
قانون ستوكس
) والذي ينص على أن "
قوة مقاومة المائع للكرة تتناسب طردياً مع لزوجة المائع
وقطرا الكرة وسرعتها
" حيث :
قمقاومة = 6
pمل
نق ع
حيث :
مل : معامل لزوجة المائع
ع : سرعة الكرة عند أي لحظة
وعندما تبدأ الكرة بالسقوط فإن وزنها يتغلب على مجموع قوة
الطفو وقوة المقاومة مما يسبب تسارع الكرة في البداية, إلا
أنه بازدياد سرعة الكرة تزدد قوة مقاومة المائع وبذلك
تتناقص محصلة القوى الثلاث تدريجياً إلى أن تصبح صفراً,
عندما تصل الكرة إلى سرعة نهائية ثابتة تسمى " السرعة
الحدية " وعندما تصل الكرة هذه السرعة فإن :
و = ق طفو + ق المقاومة
وبذلك يمكن حساب معامل اللزوجة بعد معرفة
نق : نصف قطر الكرة المستخدمة في التجربة
ع : سرعة الكرة الحدية
ث : كثافة مادة الكرة
ثَ : كثافة السائل
جـ : تسارع السقوط الحر
|
