Logo
Logo

Капилляр

Разбалловка

1  ?? Определите краевой угол смачивания $\theta$ внутренней поверхности капилляра водой. Коэффициент поверхностного натяжения воды принять равным: $\sigma_в = 0.073~Н/м$, плотность воды $\rho_в = 1000~кг/м^3$, ускорение свободного падения $g = 9.8~м/с^2$.

1. 1 Формула для высоты поднятия жидкости в капилляре
$$
h = \frac{2 \sigma \cos\theta}{\rho g r}
$$
1.00
1. 2 Измерение поднятия высоты жидкости в капилляре 1.00
1. 3 Последующие измерения высоты жидкости в капилляре 3 × 0.30
1. 4 M1 Получено значение угла в диапазоне $[57^\circ,\,63^\circ]$ 0.80
1. 7 M1 Получено значение угла в диапазоне $[55^\circ,\,65^\circ]$ 0.80
1. 8 M2 Найдено значение $\cos \theta \in [0.454,\,0.545]$ 0.40
1. 9 M2 Найдено значение $\cos \theta \in [0.423,\,0.574]$ 0.40
1. 10 Оценка погрешности 0.50
2  ?? Определите коэффициент поверхностного натяжения неизвестной жидкости, считая, что для нее краевой угол смачивания совпадает с краевым углом смачивания воды. Плотность неизвестной жидкости равна $\rho_ж=1200~кг/м^3$.

2. 1 Формула для нахождения поверхностного натяжения неизвестной жидкости

$$
\sigma_2 = \sigma_1 \frac{h_2 \rho_2}{h_1 \rho_1}
$$
1.00
2. 2 Измерение высоты поднятия неизвестной жидкости 1.00
2. 3 Последующие измерения высоты неизвестной жидкости 3 × 0.30
2. 4 Получено значение $\sigma \in [50,\;70]\ \text{ мН/м}$ 0.80
2. 5 Получено значение $\sigma \in [40,\;80]\text{ мН/м}$ 0.80
2. 6 Оценка погрешности 0.50
3  ?? Предложите способ экспериментального определения коэффициента вязкости неизвестной жидкости. Приведите его теоретическое обоснование с выводом необходимых формул. Подробно опишите схему проведения эксперимента.

3. 1 M1 Метод измерения по движению жидкости в горизонтальном капилляре (далее ГК) 2.00
3. 2 M1 Поток жидкости через капилляр выражен через изменение длины заполненной части капилляра
$$
Q = \pi r^2 \frac{dl}{dt}
$$
0.50
3. 3 M1 Подстановка $\Delta p = 2\sigma\cos \theta /r$ или $\Delta p = \rho g h$ 0.50
3. 4 M1 Получен вид зависимости $L(t)$:
$$
L^2 = \frac{\Delta p r^2}{4 \eta} t
$$
1.00
3. 5 M2 Метод с использованием движения столбика фиксированной высоты в вертикальном капилляре (далее ФС) 1.50
3. 6 M2 Формула для вязкости через скорость движения жидкости по капилляру
$$
\eta = \frac{\rho g r^2}{8 v}
$$
1.00
3. 7 M3 Метод измерения по втеканию жидкости в наклонный (вертикальный) капилляр (НК) 1.50
3. 8 M3 Поток жидкости через капилляр выражен через изменение длины заполненной части капилляра
$$
Q = \pi r^2 \frac{dl}{dt}
$$
0.50
3. 9 M3 Подстановка $\Delta p = 2 \sigma\cos \theta /r - \rho g h \sin \varphi $ ($\varphi$ — угол капилляра с горизонтом) 0.50
3. 10 M3 Выражение для зависимости $t(L)$ 1.00
3. 11 M4 Метод, использующий вытекание жидкости из шприца через капилляр и измерение расхода. (ВШ)
Методы, использующие искусственное создание избыточного давления (например, поршнем) не считаются корректными.
1.00
3. 12 M4 Формула для потока жидкости при вытекании через капилляр
$$
Q = \rho g \frac{\pi r^4}{8 \eta }
$$
0.50
4  ?? Определите коэффициент вязкости неизвестной жидкости.

4. 1 M1 Измерение зависимости $L(t)$, первые 5 точек
Пункт используется для метода (ГК )
5 × 0.20
4. 2 M1 Измерение зависимости $L(t)$, еще 5 точек
Пункт используется для метода (ГК)
5 × 0.10
4. 3 M1 Диапазон измерений не менее 5 см
Пункт используется для метода (ГК)
0.50
4. 4 M1 График строится в координатах $L^2,\,t$
Пункт используется для метода (ГК)
1.00
4. 5 M1 График строится в координатах $L,\, \sqrt{t}$
Пункт используется для метода (ГК)
0.75
4. 6 M1 График строится в координатах $\ln(L),\, \ln(t)$
Пункт используется для метода (ГК)
0.25
4. 7 M2 Проведены измерения
Пункт используется для методов (ФС, НК и ВШ)
5 × 0.30
4. 8 M2 Построен график в линеаризованных координатах
Пункт используется для методов (ФС, НК и ВШ)
0.50
4. 9 У графика подписаны оси 0.15
4. 10 Выбран разумный масштаб графика 0.15
4. 11 Проведена прямая по экспериментальным точкам 0.20
4. 12 M3 Оценка по отдельным точкам, одно измерение
Пункт используется при отсутствии графика
0.50
4. 13 M3 Оценка по отдельным точкам, последующие измерения
Пункт используется при отсутствии графика
4 × 0.25
4. 15 Значение вязкости $\eta \in [50,\,70]\text{ мПа}\cdot \text{с}$ 0.75
4. 16 Значение вязкости $\eta \in [40,\,80]\text{ мПа}\cdot \text{с}$ 0.75
4. 18 Оценка погрешности $\eta$ 0.50
5  ?? С помощью рассчитанного значения коэффициента вязкости оцените характерную длину установления пуазейлевского профиля скоростей $l_0$.

5. 1 Оценена величина $l_0$ от 0.1 до 1 мм 0.50