При небольших скоростях газа или жидкости течение среды является ламинарным. Движение среды при этом происходит как бы слоями, обладающими разными скоростями. С увеличением скорости потока движение приобретает сложный, запутанный характер, слои перемешиваются, течение становится турбулентным. При этом скорость в каждой точке быстро меняет величину и направление, сохраняется только её средняя величина.
Характер движения газа или жидкости зависит от соотношения между кинетической энергией движущейся среды и работой сил вязкости.
Если первая величина мала по сравнению со второй, то турбулентные пульсации не развиваются (их подавляет вязкость) и течение остаётся ламинарным. Отношение характерной кинетической энергии к характерным энергетическим потерям на вязкость образует (с точностью до численного коэффициента) безразмерную комбинацию величин, называемую числом Рейнольдса: $$\operatorname{Re} = \frac{\rho v r}{\eta}, $$где $v$ – характерная скорость течения (например, при течении в трубе средняя по расходу скорость), $\eta$ – вязкость жидкости или газа, $\rho$ – плотность среды, $r$ – некоторый характерный размер задачи (в нашем случае примите его равным радиусу трубы). В гладких трубах круглого сечения переход от ламинарного течения к турбулентному происходит при значениях $\operatorname{Re} \sim 1000$.
Важно также отметить, что ламинарное движение при переходе его из широкого сосуда в капилляр радиуса $r$ устанавливается не сразу, а на некотором характерном расстоянии $l_{пер} \approx 0.2 r\cdot \operatorname{Re}$.
При изотермическом ламинарном течении газа (жидкости) объём $Q$, ежесекундно протекающий через поперечное сечение трубы (объёмный расход), определяется формулой Пуазейля: $$Q= \frac{\pi \Delta P r^4}{8\eta l},$$ где $\Delta P$ – перепад давления между торцами трубы длины $l$.
A1 Прикрепите к шприцу иглу. Наденьте на корпус шприца большую гайку. Поставьте на дно большего стакана металлическую подставку и установите на неё шприц. Налейте воду в стакан так, чтобы ее уровень совпадал с уровнем нулевого деления в шприце (см. рисунок 1). Достаньте шприц из воды, так чтобы вода вылилась из его внутреннего объема. Поставьте шприц обратно и проследите за уровнем воды в нем.
A7 Оцените характерное число Рейнольдса во время проведения измерений по истечению воздуха из шприца через иглу. Сделайте вывод о применимости модели ламинарного течения газа в эксперименте, бумажные салфетки для поддержания чистоты по требованию.
Оцените отношение характерного расстояния $l_{пер}$ к длине иглы. Плотность воздуха считайте равной $\rho = 1.3~кг/м^3$.