周晓娟+许静

【摘要】本文根据斯托克斯原理和牛顿第二定律，通过气垫导轨装置测量小球的运动速度，进而获得钢质小球在蓖麻油液体中运动时所受到的粘滞阻力，并通过计算给出了20℃时蓖麻油液体的粘滞系数。实验表明，利用气垫导轨可以简单便捷地测量液体粘滞系数，并且所得结果可靠。

【关键词】气垫导轨 斯托克斯原理 液体粘滞系数

一、引言

液体粘滞系数的测量对于计算物体在液体中所受到的粘滞阻力有重要意义。实验室通常采用落球法来测量。根据斯托克斯原理，小球在液体中下降时所受到的阻力与小球运动速度成正比。若小球无初速下落，则运动初期会作加速运动，然后达到极限速度，再以此速度匀速运动。在用落球法测量粘滞系数时通常认为小球从变速到匀速这个过程需要较长时间，所以测量时要等待一段时间后再读数，而有研究表明这一过程所需时间很短，大约0.033s，也就是说实验过程中小球能够快速达到匀速运动状态，不需要很深的液体。如果小球作匀速直线运动，只需测出匀速运动时的速度，即可计算得到液体的粘滞系数，而气垫导轨可以方便地测量物体的运动速度，于是可以利用气垫导轨测量液体的粘滞系数。

二、实验原理

斯托克斯认为，尺寸较小，表面光滑的小球在各向均匀，且相对宽阔的液体中运动时，若其运动速度不是很大，不至于在液体中引起涡流，则小球在液体中受到的阻力满足关系F1=3πηvd，式中η表示液体粘滞系数，v代表小球下落速度，d为小球直径。……