CC BY
21STOKS USULI YORDAMIDA QOVUSHQOQLIK KOEFFITSIENTINI ANIQLASH METODIKASI
1A.Suyunova, 2F.B.To'raxonov, 3U.H.Omonqulova
1DTPI talabasi, 2DTPI dotsenti, PhD, 3DTPI Stajyor - o'qituvchisi https://doi.org/10.5281/zenodo.11117014
Annotatsiya. Qovushqoqlik suyuqliklarning fizik-kimyoviy xususiyatlarini tavsiflovchi muhim ko'rsatkichlardan biridir. Bu suyuqlikning oqimga yoki ma'lum bir tezlikda shakli o'zgarishiga qarshiligini o'lchashga yordam beradi.
Ushbu maqolada biz qovushqoqlik nimani anglatishini, qovushqoqlik koeffitsienti tushunchasini, Stoks usuli yordamida qovushqoqlik koeffitsientini qanday aniqlashni va boshqalarni muhokama qilamiz.
Kalit so'zlar: qovushqoqlik, suyuqlikning oqimi, qovushqoqlik koeffitsienti, suyuqlik harorati, deformatsiya tezligi, bosim.
Аннотация. Вязкость является одним из важных параметров, характеризующих физико-химические свойства жидкостей. Он помогает измерить сопротивление жидкости течению или изменению формы с определенной скоростью.
В этой статье мы обсудим, что означает вязкость, понятие коэффициента вязкости, как определить коэффициент вязкости с помощью метода Стокса и многое другое.
Ключевые слова: вязкость, течение жидкости, коэффициент вязкости, температура жидкости, скорость деформации, давление.
Abstract. Viscosity is one of the important parameters describing the physico-chemical properties of liquids. It helps to measure the resistance of a liquid to flow or to change shape at a certain speed.
In this article, we discuss what viscosity means, the concept of viscosity coefficient, how to determine viscosity coefficient using the Stokes method, and more.
Keywords: viscosity, fluid flow, viscosity coefficient, fluid temperature, strain rate, pressure.
Tasavvur qiling-a, sizda pastki qismida teshikli chashka bor. Agar siz stakanga asal yoki glitserin quyib qo'ysangiz, idish juda sekin oqib ketishini bilib olasiz. Ammo suv bo'lsa, chashka tezroq quriydi. Buning sababi, asal yoki glitserinda "Qovushqoqlik" boshqa suyuqliklarning yopishqoqligi bilan solishtirganda yuqoriroqdir.
Qovushqoqlikni maydonga bo'lingan vaqtga ko'paytiriladigan kuch sifatida aniqlash mumkin. Bu suyuqlikning oqimga qarshiligining o'lchovidir va harakatlanayotgan suyuqlikning ichki ishqalanishini tavsiflaydi.
Batafsilroq tushunish uchun, egimli yuzaga bir tomondan bir necha tomchi asal, ikkinchi tomoniga esa suv tomchilarini qo'yib, suyuqlik oqimini kuzating. Siz suv juda sekin oqadigan va osongina ko'chirilmaydigan asalga qaraganda tezroq oqayotganini sezasiz. Bu materialning yopishqoqligi tufayli sodir bo'ladi.
E'tibor bering, suyuqlikning yuqori yopishqoqligi harakatga qarshilik ko'rsatadi, chunki uning molekulyar tuzilishi unga turli xil ichki ishqalanishlarni beradi. Biroq, past viskoziteli suyuqlik osongina oqadi, chunki uning molekulyar tarkibi harakat paytida ishqalanishning kam yoki umuman bo'lmasligiga olib keladi.
Gazlar suyuqlik kabi qovushqoqlikka ega, ammo oddiy sharoitlarda ularni sezish qiyin.
Qovushqoqlik suyuqlik holatiga bog'liq bo'lgan omillarga bog'liq, masalan:
• Suyuqlik harorati
• Deformatsiya tezligi
• bosim
Eslatma: Ba'zi hollarda ushbu omillarga bog'liqlik ahamiyatsiz bo'lishi mumkin. Masalan, Nyuton suyuqligining yopishqoqligi deformatsiya tezligiga qarab o'zgarmaydi.
Qovushqoqlik koeffitsienti. Qovushqoqlik koeffitsienti nimani anglatishini tushunish uchun birinchi navbatda "Qovushqoqlik gradienti" ma'nosini tushunishingiz kerak.
Yopishqoq gradient. Yopishqoq gradient - suyuqlikning qo'shni qatlamlari orasidagi tezlik ichidagi farq, agar yuqori qatlam oldinga siljish uchun ko'proq kuch qo'llasa, yopishqoq gradient shunchalik ko'p bo'ladi.
Yopishqoq gradient - suyuqlikning qo'shni qatlamlari orasidagi tezlikdagi farq. Agar oldinga siljish uchun yuqori qatlam tomonidan ko'proq kuch qo'llanilsa.
U v/x bilan berilgan, bu yerda v tezlik farqi vax ikki qatlam orasidagi masofa farqi.
Keling, Qovushqoqlik koeffitsientini aniqlaymiz:
Qovushqoqlik koeffitsienti - siljish kuchlanishining suyuqlikning tezlik gradientiga (rç)
nisbati.
Qovushqoqlik koeffitsienti quyidagi bog'liqlik bilan aniqlanadi:
rç = F. d/A .v
Qayerda:
• F - birlik maydonidagi suyuqlikning ikkita parallel qatlami o'rtasida birlik tezlik gradientini ushlab turish uchun zarur bo'lgan kuch.
• d - suyuqlikning ikki qatlamining bir-birining ustiga siljishi orasidagi masofa
• A - maydon
• v - tezlik.
Qovushqoqlik koeffitsienti suyuqlikning tashqi kuchlar ta'sirida qanchalik oson yoki qiyin oqishi ko'rsatkichidir va u ko'plab sanoat, ilmiy va kundalik ilovalarda juda muhim rol o'ynaydi.
Qovushqoqlik koeffitsientiga misollar
1. Suv: 20°C da suv uchun qovushqoqlik koeffitsienti deyarli 0,001 Pa^s (paskal-sekund) yoki 1 sentipoaz (cP) ni tashkil qiladi. Bu suvning osongina oqib ketishiga imkon beruvchi nisbatan past viskozite hisoblanadi va u odatda Qovushqoqlikni taqqoslash uchun ishlatilishining sabablaridan biridir.
2. Asal: Asalning qovushqoqlik koeffitsienti asal turi va harorat kabi omillarga qarab 10 dan 20 Pa^s gacha yoki undan yuqori bo'lishi mumkin. Bu yuqori Qovushqoqlik asalga qalin va sekin oqadigan xususiyatni beradi.
3. Dvigatel moyi: motor moyi uchun qovushqoqlik koeffitsienti keng diapazonga ega, 20 dan 100 sentistok (cSt) yoki undan yuqori. Dvigatel moyi suv bilan solishtirganda yuqori qovushqoqlikka ega bo'lishi uchun mo'ljallangan va bu dvigatel komponentlarini samarali moylashni ta'minlaydi. Yuqori viskoziteli moylar yuqori qovushqoqlik koeffitsientiga ega.
4. Havo: Gazlar ham qovushqoqlik koeffitsientiga ega. Atmosfera bosimi yoki xona haroratida havo uchun qovushqoqlik koeffitsienti taxminan 0,000018 Pa^s yoki 0,018 millipoaz (mP) ni tashkil qiladi. Gazlarning yopishqoqligi suyuqliklarga qaraganda ancha past va bu past qovushqoqlik havoning oson oqishiga imkon beradi.
5. Eritilgan shisha: erigan shisha uchun qovushqoqlik koeffitsienti 10Л2 dan 10Л8 Pa^s gacha bo'lishi mumkin, bu oqimga nisbatan yuqori qarshilikni ko'rsatadi. Va bu uning harorati va tarkibiga bog'liq.
Stoks usuli yoki Stoks qonuni - bu suyuq muhitdagi kichik sharsimon jismlarning tezligini ifodalovchi matematik tenglama bo'lib, har qanday jism suyuqlik orqali ko'tarilgan yoki tushganda suyuqlik tufayli ishqalanish yoki tortishish kuchini boshdan kechirishini aytadi.
Tamgir
tomchisi
Boshqacha
harakatlanadigan kichik sharning qovushqoqlik kuchi quyidagi tenglama bilan ifodalanadi: F=6p^.rv Qayerda:
F - suyuqlik va zarracha orasidagi interfeysga ta'sir qiluvchi ishqalanish kuchi. ^ - dinamik qovushqoqlik r - sharsimon jismning radiusi V - ob'ektga nisbatan oqim tezligi Stoks qonunining ahamiyati
PraxiLabs, 3D virtual laboratoriya yechimi talabalarga real biologiya, kimyo va fizika laboratoriyalaridan foydalanish imkoniyatini beradi hamda ularning tushunchalarini turli axborot va ta'lim mazmuni bilan boyitadi.
Stoks qonunining kelib chiqishi
Sferaga ta'sir qiluvchi yopishqoq kuch quyidagi omillarga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir:
Qovushqoqlik koeffitsienti (rç) F K rç a (1) kabi
Sfera radiusi (r) F K rb (2) Jismning tezligi (v) F K vc (3)
Yuqoridagi uchta tenglamani birlashtirib, biz olamiz, F K rça rb vc
Proportsionallik belgisini olib tashlab, proportsionallik doimiysi k ni qo'shsak, olamiz. F = k rç a rb vc (1)
Endi (1) tenglamaning har ikki tomonidagi parametrlarning o'lchamlarini tenglashtirish [MLT-2] = [ML-1T-1]a [L]b [LT-1]c Yuqoridagi tenglamani soddalashtirib, [MLT-2] = [Ma • L-a+b+c • T-a-c] (2)
(2) tenglamadan mos ravishda massa, uzunlik va vaqtning ustki belgilarini tenglashtirib
olamiz
a = 1 (a)
-a + b + c = 1 (b)
-a -c = 2
a + c = 2 (c)
dan (b), (c)
1 + c = 2
c = 1 (d)
(d) da (a) & (b) dan, biz olamiz -1 + b + 1 = 1 b = 1 (e) (a), (d) va (e) dan F = k rç r v
Har qanday sharsimon jism uchun k ning qiymati eksperimental ravishda 6p ga teng ekanligi aniqlandi.
Shunday qilib, suyuqlik orqali tushayotgan sferik jismning yopishqoq kuchi F = 6p rç rv tenglama bilan ifodalanadi.
PraxiLabs dan Stoke usuli tajribasi bilan Qovushqoqlik koeffitsientini aniqlash
I rm
PraxiLabs tajriba uchun virtual laboratoriya simulyatsiyasini taqdim etadi (Stok usuli bilan qovushqoqlik koeffitsientini aniqlash)
O'quv maqsadlari. Stoks metodi tajribasi yordamida qovushqoqlik koeffitsientini aniqlash oxirida talabalar quyidagilarni bilishlari kerak:
1. Qovushqoqlikning ta'rifini tushuning.
2. Qovushqoqlik koeffitsientini o'lchash uchun CGS va MKS (SI) birliklarini aniqlang.
3. Suyuqlik va gazlardagi qovushqoqlikning kelib chiqishini tushuntiring.
4. Suyuqliklar uchun qovushqoqlik koeffitsientiga harorat ta'sirini hisoblang va suyuqlikning yopishqoqligini o'zgartirishi mumkin bo'lgan boshqa turli omillarni sanang.
5. Suyuqliklarning qovushqoqlik koeffitsientini o'lchash uchun tajriba o'rnating.
Ushbu tajribada bizga kerak bo'ladi: Silindrsimon shisha idish - Turli radiusli po'lat sharlar - Yuqori yopishqoq suyuqliklar - O'lchagich - Sekundomer.
Qovushqoqlik koeffitsientini aniqlash tajribasi viskoz suyuqlik bilan to'ldirilgan shisha idishga tushgan metall sharning tushish-terminal tezligini shar radiusiga qarab o'lchashga bog'liq. Demak, suyuqlikning qovushqoqlik koeffitsientini osongina aniqlash mumkin.
Nazariy ma'lumot
Uzun shisha silindrsimon idishga tushgan kichik shar
Qovushqoqlik koeffitsienti (rç) bo'lgan yopishqoq suyuqlik bilan to'ldirilgan shisha idishning yuqori qismidan radiusi (r) bo'lgan po'lat sharning chiqarilishini ko'rib chiqaylik. To'p suyuqlik yuzasiga tushgan zahoti, u bir zumda to'xtaydi va keyin tortishish ta'sirida pastga qarab tezlasha boshlaydi.
Shu bilan birga, viskoz kuch deb ataladigan kuch (Fv) to'pning harakatiga qarshi chiqa boshlaydi, chunki u to'g'ridan-to'g'ri to'pning tezligiga bog'liq (qarang. tenglama (3)). Vaqt o'tishi bilan viskoz kuch (uni tortish kuchi yoki Stoks kuchi deb ham ataladi) to'pning og'irligini muvozanatlashtiradigan suzuvchi kuch bilan birga qiymatga yetguncha kattalashadi.
Nazariya bunday holatda, to'p terminal tezligi (vo yoki cho'kindi tezligi) deb ataladigan doimiy tezlik bilan harakat qiladi. Kavanozning pastki qismiga etib bormasdan oldin, to'p sekinlashadi va oxir-oqibat to'xtaydi. Bu shuni anglatadiki, bankaning ma'lum bir uzunligi ichida uning uchlaridan uzoqda (ikkalasi ham shisha idishda ikkita A va B belgilari bilan belgilangan), to'p uchta muvozanatli kuchlar ta'sirida bir xil tezlikda harakat qiladi:
1 - To'pning og'irligi
Qayerda:
Mball - to'pning massasi
g - tortishish ta'sirida tezlanish
Vball - to'pning hajmi.
Va rshar - bu to'p materialining zichligi.
2- Yuqoriga surish kuchi (yoki suzuvchi kuch)
Yuqoriga surilish kuchi - suyuqlikning suvga botgan jismga ta'sir etuvchi va yuqoriga qarab harakat qiluvchi kuchi. Eslatib o'tamiz, suzuvchi kuch suvga cho'mgan tananing og'irligiga teng:
Bu erda r suyuqlik - suyuqlik materialining zichligi. Biroq, suvga botgan Vball tanasining hajmi ko'chirilgan suyuqlik Vliquid hajmiga teng bo'lgani uchun,
3 - yopishqoq kuch
Suyuqlikning yopishqoqligi tufayli to'pga ta'sir qiluvchi yopishqoq kuch yuqoriga ta'sir
qiladi,
Biroq, to'p vo terminal tezligi bilan harakat qilganda, to'pga ta'sir qiluvchi aniq kuch nolga teng; keyin
Kavanoz devorining ta'siri
To'pning harakatiga ta'sir qiluvchi kavanoz devorining yaqinligini hisobga olish uchun vo terminal tezligini nisbatdan foydalanib, birinchi yaqinlashishgacha hisoblash mumkin.
v„= v[l+2.4Q]
Bu erda R - bankaning ichki radiusi va v - o'lchangan tezlik.
Haroratning ta'siri. Qovushqoqlik koeffitsienti suyuqlikning haroratiga bog'liq. Haroratning oshishi bilan suyuqliklar uchun qovushqoqlik koeffitsienti kamayadi va gazlar uchun ortadi.
Buni ikkalasida ham qovushqoqlikning kelib chiqishiga qarab talqin qilish mumkin. Suyuqliklar uchun qovushqoqlik qo'shni qatlamlar orasidagi ishqalanish kuchidan kelib chiqadi, ular bir-biridan o'tib, shuning uchun haroratni oshiradi va qatlamlar orasidagi ajralish masofasining oshishiga va qovushqoqlikning pasayishiga olib keladi.
Boshqa tomondan, gazlarda qovushqoqlik bir qatlam ichida gaz molekulalarining bir-biri bilan to'qnashuvi natijasida yuzaga keladi. Haroratning oshishi bu to'qnashuvlarning kuchayishiga olib keladi va viskozite ham oshadi.
Tajriba bosqichlari. PraxiLabs virtual laboratoriyasida Stoks usuli tajribalaridan foydalangan holda qovushqoqlik koeffitsientini aniqlash, siz tajribani muvaffaqiyatli o'tkazish uchun quyidagi amallarni bajarasiz.
1. Glitserin kabi tomchilar ro'yxatidan suyuqlikni tanlang.
2. Slayd panelidan to'pning radiusini tanlang.
3. Ikki harakatlanuvchi "A" va "B" belgilari orasidagi masofani sozlang (10 - 90 sm).
4. Qattiq to'pni banka ichiga tushirish uchun "To'pni tushirish" tugmasini bosing. To'p "A" belgisiga yetganda, soniya hisoblagichni ishga tushirish uchun "Start" tugmasini bosing.
5. To'p (qizil doira ichida) "B" belgisiga yetganda, "To'xtatish" tugmasini bosing. 6. Bu vaqtni yozib olish uchun "Record" tugmasini bosing.
6. Agar xohlasangiz, xuddi shu to'p bilan qaytadan boshlash uchun "Yangi sinov" tugmasini bosing.
7. Barcha mavjud to'p radiusi uchun oldingi amallarni takrorlang.
8. Tajriba yakunlandi, siz yozib olgan ma'lumotlarni o'z ichiga olgan Excel varag'i yuklab
olinadi.
9. Siz r (m) va r2 (m2) / to'pning ko'rinadigan tezligi / to'pning terminal tezligini hisoblaysiz.
10. Vo va r2 o'rtasidagi munosabatni chizing, bu koordinata boshi orqali o'tadigan to'g'ri chiziqni berishi kerak, so'ngra chiziqning qiyaligini hisoblang.
11. Nihoyat, tanlangan suyuqlikning qovushqoqlik koeffitsientini quyidagi munosabatdan foydalanib hisoblang:
Xulosa. Stoks qonuni bulutlarning paydo bo'lishi, parashyutdan tushishi, nima uchun kattaroq yomg'ir tomchilari kichikroqlarga qaraganda ko'proq og'riq keltirishi va boshqalarni tushuntirishda muhim ahamiyatga ega.
Millikan o'zining neft tomchilari tajribasida Stoks qonuni kontseptsiyasiga bog'liq bo'lib, elektron zaryadni aniqlash uchun ishlatilgan.
PraxiLabs talabalar va o'qituvchilarga fizika tamoyillarini tushunishni qo'llab-quvvatlash uchun mo'ljallangan amaliy tajribalar to'plamini o'z ichiga olgan materiya virtual laboratoriyalarining xususiyatlarini taqdim etadi.
REFERENCES
1. Kurbanov M. Turakhonov F. (2021). Analysis of software with the opportunity to model physical processes in specialized schools / American journal of social and humanitarian research. AJSR, ISSN: 2690-9626. Vol.2, No.10. Pp. 313-321.
2. Turakhonov F. (2021). Fizik jarayonlarni kompyuterda modellashtirishning metodikn asoslari / Pedagogik mahorat ilmiy-nazariy va metodik jurnal. - Buxoro. 6-son. -B. 105-109.
3. Kurbanov M. (2008). Fizikadan namoyish eksperimentlarining uslubiy funktsiyalarini kengaytirishning nazariy asoslari. Monografiya. Fan.
4. Kurbanov M. Turakhonov F. (2023). Fizika o'qitishda zamonaviy namoyish tajribalarga qo'yilgan talablar. Educational Research in Universal Sciences ISSN: 2181-3515
5. To'raxonov Fozil Bobonazarovich, Omonqulova Umida Husanovna (2024) fizikani namoyish tajribalar yordamida takomillashtirishning metodik asoslari. Educational Research in Universal Sciences ISSN: 2181-3515
6. Xamidov V.S., Karimov X.N. Vebga yo'naltirilgan adaptiv tizimlarini yaratish// pedagogika jurnali//2017. Vbipusk №6, 99-106 betlar.
7. Imamov E.Z., Karimov X.N. O'qitishning kredit tizimiga o'tishda talabalarning psixologik fiziologik muammolari//Hozirgi zamon aniq va texnik fanlar muammolari va uning yechimlari// "Respublika ilmiy-nazariy anjuman". Nukus-2018, 21-23 betlar.
8. Э.З.Имамoв Х.Н.Каримoв, C.C.Халилoв, А.Э.Имамoв. // Будущее за o6y4eH^M с активным прoцессoм самooбразoвания студентов. //«Science and innovation» international scientific journal.
9. X.N.Karimov, M.M.Asfandiyorov, M.A.Axmadov. //Zamonaviy yondashuvlar asosida fizika o'qitishni rivojlantirish.// Engineering problems and innovations. 2023. -P. 113-115
10. Kh.N.Karimov. // Methods of self-education in teaching students physics using ictinformation and computer technologies. // International Interdisciplinary ResearchJournal, 11(2), -С. 471475.
11. B.B.Turdiqulov, O'S.Nazirov, Yu.N.Karimov. // Atom va molekulalarning yorug'likni yutishi va nurlanishi // UIF = 8.1 | SJIF = 5.685. 2022. -C. 1252-1258.
