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落球法测量液体粘滞系数
落球法测量液体粘滞系数
各种实际液体具有不同程度的粘滞性，当液体流动时，平行于流动方向的各层流体速度都不相同，即存在着相对滑动，于是在各层之间就有摩擦力产生，这一摩擦力称为粘滞力，它的方向平行于接触面，其大小与速度梯度及接触面积成正比，比例系数η称为粘度，它是表征液体粘滞性强弱的重要参数。
液体的粘滞性的测量是非常重要的，例如，现代医学发现，许多心血管疾病都与血液粘度的变化有关，血液粘度的增大会使流入人体器官和组织的血流量减少，血液流速减缓，使人体处于供血和供氧不足的状态，这可能引起多种心脑血管疾病和其他许多身体不适症状。因此，测量血粘度的大小是检查人体血液健康的重要标志之一。又如，石油在封闭管道中长距离输送时，其输运特性与粘滞性密切相关，因而在设计管道前，必须测量被输石油的粘度。
测量液体粘度有多种方法，本实验所采用的落球法是一种绝对法测量液体的粘度。如果一小球在粘滞液体中铅直下落，由于附着于球面的液层与周围其他液层之间存在着相对运动，因此小球受到粘滞阻力，它的大小与小球下落的速度有关。当小球作匀速运动时，测出小球下落的速度，就可以计算出液体的粘度。
【实验目的】
学习用激光光电传感器测量时间和物体运动速度的实验方法
用斯托克斯公式采用落球法测量油的粘滞系数（粘度）
观测落球法测量液体粘滞系数的实验条件是否满足，必要时进行修正。
【实验原理】
1．当金属小球在粘性液体中下落时，它受到三个铅直方向的力：小球的重力mg（m为小球质量）、液体作用于小球的浮力（是小球体积，是液体密度）和粘滞阻力（其方向与小球运动方向相反）。如果液体无限深广，在小球下落速度较小情况下，有
（1）
上式称为斯托克斯公式，其中是小球的半径；称为液体的粘度，其单位是。
小球开始下落时，由于速度尚小，所以阻力也不大；但随着下落速度的增大，阻力也随之增大。最后，三个力达到平衡，即
于是，小球作匀速直线运动，由上式可得：
令小球的直径为，并用，，代入上式得
图2 实验装置
（2）
其中为小球材料的密度，为小球匀速下落的距离，为小球下落距离所用的时间。
2．实验时，待测液体必须盛于容器中（如图2所示），故不能满足无限深广的条件，实验证明，若小球沿筒的中心轴线下降，式（2）须做如下改动方能符合实际情况：
(3)
其中为容器内径，为液柱高度。
3、实验时小球下落速度若较大，例如气温及油温较高，钢珠从油中下落时，可能出现湍流情况,使公式（1）不再成立, 此时要作另一个修正(详见附录1)。
【实验装置】
实验装置主要有：落球法粘滞系数测定仪(参见图3)、小钢球、蓖麻油、米尺、千分尺、游标卡尺、液体密度计、电子分析天平、激光光电计时仪、温度计和比重瓶等。（若实验室给出钢球材料密度，可不必用电子分析天平）
【实验内容】图3 FD-VM-II 落球法液体粘滞系数测定仪结构图

1．调整粘滞系数测定仪及实验准备
1）调整底盘水平，在仪器横梁中间部位