[实用新型]悬浮球法空气粘滞系数测定仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种物理学中力学方面的实验教学仪器，尤其是一种悬浮球法空气粘滞系数测定仪。 

背景技术

空气的粘滞系数是一个力学方面的重要物理量，测定空气的粘滞系数在物理学和工程方面都有很重要的意义。但因空气的粘滞系数很小，在测量上比较困难，故在目前对空气粘滞系数测量方面的实验方法只有有限的几种，本实用新型所提供的悬浮球法空气粘滞系数测定是一种全新的实验方法，从目前已有的资料查询，尚未发现有用此方法制作的同类仪器。 

发明内容

为了能便于学生了解悬浮球法空气粘滞系数测定的原理，本实用新型提供了一种悬浮球法空气粘滞系数测定仪。 

本实用新型所述的悬浮球法空气粘滞系数测定仪的设计思想是：设计一个可调节输出风量的气源，然后让气流依次稳定地通过有机玻璃大圆筒和水平、竖直的有机玻璃细圆管，再将一个实验用的轻质小球放入竖直的有机玻璃细圆管中，适当调节气源的出风量和竖直的有机玻璃细圆管中的向上的气流速度，使小球在气流中受到的向上的粘滞力与其受到的向下的重力恰好相平衡，于是小球就处于悬浮静止状态，根据小球的半径、质量和竖直的有机玻璃细圆管中的气流速度等，运用流体力学中的相关知识就可以推算出空气的粘滞系数来。 

关于本实用新型的工作与测量原理进一步说明如下：根据流体力学的斯托克斯公式,小球在流体中所受粘滞力是：f=6πηrV，小球的重力是：mg=4/3 πr³ρg，当两者相等时可解得：η=2/9 r²ρgV^-1，式中r为小球半径，ρ为小球密度，g为重力加速度，V为小球和气流运动的相对速度。小球的半径和密度在实验中都可以简单地测出，问题是气流速度V如何确定。在所设计的空气流速控制装置中包括有一个可调节输出风量的气源、有机玻璃大圆筒和水平、竖直的有机玻璃细圆管等，在有机玻璃大圆筒上还有一个气压测量嘴，可以通过软管将有机玻璃大圆筒中的气压传输到外接的压力传感器上，根据流体力学中的伯努利定律，可以算出：有机玻璃大圆筒中与外界大气中的压差ΔP与竖直的有机玻璃细圆管中气流的速度V之间有如下关系：V=K(2ΔP/ρ)^1/2，式中K为修正系数，在此处为0.955，ρ为空气的密度，在国际单位中ρ=1.29，所以最终可得：ΔP=0.675V²。根据从气压测量嘴传输到外接的压力传感器上的压差ΔP就可以知道竖直的有机玻璃细圆管中所对应的气流的速度，进而推算出空气的粘滞系数来。 

本实用新型所述的悬浮球法空气粘滞系数测定仪，其特征是：该测定仪由特制的空气流速控制装置、外接的压力传感器、实验用的轻质小球这几个部分组成。 

本实用新型所述的悬浮球法空气粘滞系数测定仪，其特征是：所包含的特制的空气流速控制装置，该装置包括有可调节输出风量的气源、有机玻璃大圆筒和水平、竖直的有机玻璃细圆管四部分部件。 

本实用新型所述的悬浮球法空气粘滞系数测定仪，其特征是：所包含的特制的空气流速控制装置中的有机玻璃大圆筒上有一个气压测量嘴，可以通过软管将有机玻璃大圆筒中的气压传输到外接的压力传感器上。 

本实用新型解决其技术问题所采用的主要技术方案是：由可调节输出风量的气源在竖直的有机玻璃细圆管中提供稳定可控的、向上流动的气流，让实验用的轻质小球受到的向上的粘滞力与其受到的向下的重力相平衡，再根据外接的压力传感器指示的压差所对应的气流速度和有关的其它测量数据就可推算出空气的粘滞系数。 

本实用新型的有益效果是，提供了一种全新的测定空气粘滞系数的实验方法，并使科研和工程上多了一种有效地测量空气粘滞系数的仪器。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。 

图1是悬浮球法空气粘滞系数测定仪的结构示意图。 

在图1中： 1. 可调节输出风量的气源，2. 气源上的风洞口，3. 有机玻璃大圆筒 ，4. 气压测量嘴，5. 外接的压力传感器(含软管)，6. 水平、竖直的有机玻璃细圆管，7. 实验用的轻质小球，8.输气管三通，9.堵头帽， 10.底板和支架。 

具体实施方式

在图1中，将外接的压力传感器(5)通过软管与气压测量嘴(4)相连，再将可调节输出风量的气源（1）与有机玻璃大圆筒（3）、水平、竖直的有机玻璃细圆管（6）依次相连，使气源上的风洞口（2）的气流依次通过有机玻璃大圆筒（3）和水平、竖直的有机玻璃细圆管（6），并从竖直的有机玻璃细圆管（6）中流出，水平、竖直的有机玻璃细圆管（6）通过输气管三通（8）衔接，输气管三通（8）的下端有个堵头帽（9），实验时这个堵头帽（9）是把输气管三通（8）的下端封闭的，若气流停止后轻质小球（7）落到了输气管三通（8）的下端，可以把堵头帽（9）旋开，将把轻质小球（7）取出，整个悬浮球法空气粘滞系数测定仪都是靠底板和支架（10）支撑的。在进行实验时，适当调节气源（1）的风量，同时把轻质小球（7）放入竖直的有机玻璃细圆管（6）中，若轻质小球（7）恰好能达到悬浮静止状态，则根据外接的压力传感器(5)指示的压差所对应的气流速度和有关的其它测量数据就可推算出空气的粘滞系数了。