落球法測量液體黏度系數的創新

張陽光，楊洪旺，卓思羽，羅 浩，馬婷婷

(西南科技大學 物理實驗示范中心，四川 綿陽 621010)

液體黏滯性的研究在醫療、航空、航天、航海、水利等鄰域有著廣泛的應用，測量液體黏滯系數是大學物理實驗中的一個基本實驗項目[1]。測量液體黏滯系數的方法有很多，如落球法、轉筒法、毛細血管法、升溫法[2]等。其中落球法是實驗室中最基本的一種方法。

傳統落球法有兩種；一是單管法，因為不能滿足使用斯托克斯公式時需要的無限大的廣延液體的條件，需要添加修正系數[3]以此造成實驗的不便和誤差。二是多管法，多管法利用線性外推可以避免修正系數的干擾，但是傳統多管法需要一次實驗重復操作多次耗時費力[4]。此前關于落球法的創新多是改變計時精度采取諸如光電門[5-7]或視頻分析[18]等措施，但是并未解決關于修正系數的問題。本文所設計創新裝置將多管法與單管法相結合，既規避了修正系數的干擾又避免了實驗的重復操作步驟。

1 實驗原理

落球法適用于被測液體黏性大，有一定透明度的液體[9]，測量原理是斯托克斯公式。當物體勻速下落時其鉛直方向所受重力，浮力與黏滯阻力平衡[10]，其中黏性力滿足:

f黏性力=3πηvd

當小球在重力，浮力以及黏滯阻力作用下，達到勻速運動狀態時滿足：

G重力=f黏性力+f浮力

根據平衡條件可以得出如下測量公式[1]:

實驗中常會給出λ的值，如果能夠將λ的影響從實驗中消去測量將更加準確。

2 創新后的儀器測量

考慮到單管法一次測量方便，以及多管法的線性外推可避免修正系數對實驗的干擾。……