Die Flüssigkeitsviskosität ist ein Maß für die innere Reibung einer Flüssigkeit. Flüssigkeiten mit hoher Viskosität fließen langsam, während Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität schnell fließen. Lava hat eine relativ hohe Viskosität; Wasser hat eine relativ niedrige. Sie können die Viskosität einer Flüssigkeit messen, indem Sie die Geschwindigkeit einer Kugel messen, wenn sie durch die Flüssigkeit fällt. Die Geschwindigkeit der Kugel, kombiniert mit den relativen Dichten der Kugel und der Flüssigkeit, kann verwendet werden, um die Viskosität der Flüssigkeit zu berechnen.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Durch Messen der Geschwindigkeit einer Metallkugel, die in einen Flüssigkeitsbehälter fällt, können Sie die Viskosität der Flüssigkeit bestimmen.
Berechnung der Dichte des Balls
Messen Sie die Masse Ihres Balls mit Ihrer Waage. Angenommen, die Masse des Balls beträgt 0,1 Kilogramm (kg).
Bestimmen Sie den Radius der Kugel, indem Sie zuerst den Durchmesser messen (Abstand einer geraden Linie durch die Kugel an der breitesten Stelle). Teilen Sie den Durchmesser durch 2; Dies gibt den Radius Ihres Balls an. Berechnen Sie das Volumen der Kugel, indem Sie den Radius in die Gleichung für das Volumen einer Kugel einsetzen. Angenommen, das Kugellager hat einen Radius von 0,01 Meter (m). Das Volumen wäre:
V=\frac{4}{3} \pi r^3 = \frac{4}{3} \pi 0,01^3 =0,00000419\text{ m}^3
Berechnen Sie die Dichte der Kugel, indem Sie ihre Masse durch ihr Volumen dividieren. Die Dichte der Kugel im Beispiel wäre:
d=\frac{0,1}{0,00000419}=23.866\text{ kg/m}^3
Berechnung der Dichte der Flüssigkeit
Messen Sie die Masse Ihres Messzylinders, wenn er leer ist. Messen Sie dann die Masse Ihres Messzylinders mit 100 Millilitern (ml) Flüssigkeit darin. Angenommen, der leere Zylinder hat eine Masse von 0,2 kg und mit Flüssigkeit eine Masse von 0,45 kg.
Bestimmen Sie die Masse der Flüssigkeit, indem Sie die Masse des leeren Zylinders von der Masse des Zylinders mit der Flüssigkeit subtrahieren. Im Beispiel: Flüssigkeitsmasse = 0,45 kg - 0,2 kg = 0,25 kg
Bestimmen Sie die Dichte der Flüssigkeit, indem Sie ihre Masse durch ihr Volumen dividieren. Beispiel:
d=\frac{0,25\text{ kg}}{100\text{ mL}}=0,0025 \text{ kg/mL}=2.500\text{ kg/m}^3
1 ml entspricht 1 cm²3 und 1 Million Kubikzentimeter entsprechen 1 Kubikmeter
Messung der Viskosität der Flüssigkeit
Füllen Sie Ihren großen Messzylinder mit der Flüssigkeit so, dass er etwa 2 cm von der Oberseite des Zylinders entfernt ist. Verwenden Sie Ihren Marker, um eine Markierung 2 cm unter der Oberfläche der Flüssigkeit zu machen. Markieren Sie eine weitere Linie 2 cm vom Boden des Zylinders.
Messen Sie den Abstand zwischen den beiden Markierungen auf dem Messzylinder. Angenommen, der Abstand beträgt 0,3 m.
Lassen Sie den Ball auf der Flüssigkeitsoberfläche laufen und messen Sie mit Ihrer Stoppuhr, wie lange es dauert, bis der Ball von der ersten Markierung zur zweiten Markierung fällt. Angenommen, der Ball braucht 6 Sekunden (s), um die Distanz zu fallen.
Berechnen Sie die Geschwindigkeit des fallenden Balls, indem Sie die zurückgefallene Distanz durch die benötigte Zeit teilen. Im Beispiel:
v=\frac{0,3\text{ m}}{6\text{ s}}=0,05\text{ m/s}
Berechnen Sie aus den gesammelten Daten die Viskosität der Flüssigkeit:
\text{Viskosität}=\frac{2(\text{Kugeldichte}-\text{flüssige Dichte})ga^2}{9v}
wobei g = Erdbeschleunigung = 9,8 m/s2 a = Radius des Kugellagers v = Geschwindigkeit des Kugellagers durch Flüssigkeit
Setze deine Messungen in die Gleichung ein, um die Viskosität der Flüssigkeit zu berechnen. Für das Beispiel würde die Berechnung so aussehen:
\text{Viskosität}=\frac{2(23,866-2,500)(9,8)(0,01)^2}{9(0,05)}=93,1\text{Pascalsekunden}
Dinge, die du brauchen wirst
- Balance
- Zollstock
- Großer Messzylinder
- Kleine Metallkugel
- Marker
- Stoppuhr