Logo
Logo

Воздух в пакете

В задаче требуется оценка погрешностей!

Рассмотрим процесс столкновения струи воздуха с перпендикулярным ей препятствием. При столкновении с поверхностью направление движения струи воздуха изменяется. В наиболее простой модели можно описать этот процесс, используя некоторую величину $k$. Эта величина характеризует суммарное изменение вертикальной проекции импульса порции воздуха при столкновении с поверхностью. Если воздух после столкновения будет двигаться вдоль поверхности, то коэффициент $k=1$. Если же воздух упруго отражается от поверхности, двигаясь с той же скоростью в противоположном направлении, то величина $k=2$ (см. рис. 1). В эксперименте возможно промежуточное значение $1 \leq k \leq 2$.

Рис. 1. Разные случаи течения воздуха при столкновении с поверхностью

Задание

В процессе измерений не наливайте воду в пакет!

A1 Надуйте пластиковый пакет воздухом до максимального давления $P_{\max}$. В процессе надувания нельзя использовать шприц. Измерьте разность давлений воздуха в пакете и атмосферного давления $P_0$:
\begin{equation}
\Delta P= P_{\max}-P_0.
\tag{1}
\end{equation}

A2 Определите объем воздуха в пакете, который надут до давления $P_{\max}$.

Не допускайте попадания воды в пакет.

A3 Исследуйте процесс вытекания воздуха из пакета через трубку и его столкновение с поверхностью, которая перпендикулярна скорости струи. Проведите измерение при разных скоростях вытекания воздуха. В процессе измерений не меняйте сечение трубки. Конец трубки, из которой вытекает воздух, расположите на фиксированном расстоянии $h\approx5~мм$ от поверхности. По результатам измерений определите величину $k$.

Примечание: Считайте, что плотность воздуха в процессе вытекания равна плотности воздуха при атмосферном давлении; процесс вытекания и столкновения воздуха с поверхностью считайте ламинарным.

Справочные данные

  • атмосферное давление принять равным $P_0 = 101 ~ кПа$;
  • молярная масса воздуха $\mu = 29~{г}/{моль}$; 
  • температуру воздуха в аудитории считайте равной $T = 295~К$;
  • универсальная газовая постоянная $R = 8.31 ~{Дж}/{(моль\cdot К)}$.

Оборудование

  1. Шприц $20~мл$
  2. Трубка силиконовая
  3. Линейка $50~см$
  4. Стакан с водой
  5. Пластиковый пакет с краном
  6. Весы
  7. Крышка от пластикового контейнера
  8. Секундомер
  9. Штатив с лапкой и муфтой
  10. Одноразовые салфетки