Визначення швидкості та витрати рідини

Мета роботи: визначити швидкість та витрати рідини у залежності від перепаду статичного тиску між ділянками каналу змінного перерізу.

Прилади і знаряддя: канал змінного перерізу, манометр, ємність для води.

Опис пристрою та методу вимірювання

Швидкість рідини можна визначити за допомогою рівняння Бернуллі, яке для горизонтального каналу змінного перерізу має вигляд

(11.1)

Де ρ,V і P – густина, швидкість і статичний тиск рідини. Індекси «1» і «2» відносяться до першого та другого перерізів, які відрізняються площинами S₁<S₂. Враховуючи рівняння нерозривності та умову сталої густини ρ₁=ρ₂ маємо витрату рідини

(11.2)

Звідки

(11.3)

Відношення площин перерізу пропорційно відношенням квадратів диаметрів труби. Перетворення формули (1) з урахуванням (3) визначає швидкість рідини у першому перерізі

 

(11.4)

Витрата рідини визначається з (11.2) та (11.4)

 

(11.5)

Статичний тиск P₁ та P₂ визначається за допомогою водяного манометра

P₂ -P₁ = ρg(h₂-h₁) (11.6)

 

де h₁, h₂ висота водяного стовпа у метрах.

 

Порядок виконання роботи

1.За допомогою крана встановити h₂-h₁ ≈5*10^-2м.

2.Визначити різницю тисків (P₂-P₁) рідини з рівняння (11.6).

3.Визначити теоретичні значення швидкості рідини V₁ p (4) та витрати G_т з (11.5). Отримані дані труби занести до таблиці 11.1. Прийняти діаметри каналу у перерізах 1 і 2: d₁=5*10^-3м, d₂=10*10^-3м.

Таблиця 11.1

№ n/	(h2-h1)٠10^-3, м	P2-P1, Па	V1т, м/с	Gт, кг/с	τ,с	Ge кг/с	V1e, м/с

 

4.Виміряти час наповнення ємності V=2*10^{-3 м3} та експериментальне значення витрати рідини за формулою

,

та порівняти експериментальне значення витрати та швидкості рідини -G_e та V_1e. із теоретичним -G_т, та V_1т

5.Повторити експеримент два рази для значень h₂-h₁=10^-1 та 1.5*10^-1м, та побудувати графіки експеріментальних та теоретичних залежностей швидкості та витрати рідини від різниці статичного тиску у двох перерізах.

6.Зробити висновки щодо співставлення G_e з G_т.

Контрольні запитання

1. Рівняння Бернуллі. Статичний та динамічний тиск рідини.

2. Рівняння для експериментального та теоретичного визначення витрати рідини.

3. Як залежить тиск від висоти стовпа рідини?

4. Рівняння для експериментального та теоретичного визначення швидкості рідини.

Рекомендована література

 

1. Савельев И.В. Курс общей физики.Т.1.- М.: Наука, 1982.- С. 45-48, 134-136, 140-144, 151-152.

2. Кортнев А.В. Практикум по физике. - Киев: Высшая школа, 1963.- С.79.

3. Оселедчик Ю.С. та ін. Інтерактивний модульний курс загальної фізики / Запоріжжя, 2004.- 442 с.

4. Г.Ф. Бушок, Є.Ф. Венгер Курс фізики. Кн.1 / К.: Вища школа.-2003.-311 с.

 

Інструкцію склав професор кафедри фізики Єршов А.В.

Рецензент: доцент кафедри фізики Правда М.І.

 

 

Інструкція

З охорони праці № 129

При виконанні робіт в лабораторії кафедри фізики

 

Загальні положення

 

1.1 До роботи в лабораторії допускаються:

- співробітники кафедри, які знають свої функціональні обов’язки та мають допуск до самостійної роботи;

- студенти, що вивчили та засвоїли правила поводження в лабораторії, знають методику проведення лабораторних робіт, пройшли відповідний інструктаж.

1.2 Інструктаж для студентів проводить співробітник кафедри. Кожен студент у журналі «Інструктаж студентів з питань охорони праці» зобов’язаний особистим підписом підтвердити знання інструктажу.

1.3 Допуск студентів до роботи здійснює керівник занять після того, як він з’ясував рівень знань студентів методики проведення лабораторних робіт.

 

Вимоги безпеки перед початком роботи

 

2.1 Для виконання робіт використовують тільки придатні для роботи прилади та інструменти.

2.2 Перед виконанням роботи керівник повинен особисто перевірити справність приладів і дати дозвіл на виконання роботи.

2.3 Особи, що не беруть участі у виконанні лабораторної роботи, в в лабораторію не допускаються.

 

Вимоги безпеки під час виконання робіт

 

3.1 Забороняється вмикати або вимикати джерела електричної та світлової енергії без дозволу керівника робіт.

3.2 Забороняється крутити будь-які гвинти, рукоятки, натискувати кнопки, вимикачі, призначення яких для студента невідоме.

3.3 Про усі не недоліки в роботі приладів та обладнання студент повинен негайно повідомити викладача.

3.4 При роботі з маятниками (лаб. робота № 5) стежити за міцністю кріплення вантажів на спицях.