Auftrieb und Widerstand von eingetauchten Körpern

1. Herstellung von Gas-Injektion Messstrecke (siehe Schaltplan und Fotos, Abb. 2)

1. Bohren Sie ein Loch in den Boden eine große, flache ummauerten Kunststoffbehälter. Installieren einer Durchreiche-Trennwand durch dieses Loch passt. Installieren Sie ein Reduzierung Fitting ein ~3.2 mm Schlauchanschluss Kompression in der Trennwand passende Steckdose. Dies wird die Blase/Tröpfchen Injektion Port sein.
2. Legen Sie eine kurze Länge (~ 1 cm) von 3,2 mm Durchmesser weiche Gummiband in der Pressverbindung, und ziehen Sie die Überwurfmutter. Verwenden eine Nadel nähen, Punktion ein dünnes Loch durch das Gummiband. Dies wird das Ventil zum Einspritzen von Bläschen/Tröpfchen in die Fluidbehälter sein.
3. Füllen Sie den Behälter mit Glycerin auf ein Niveau von ~ 25 cm. das Glycerin Gießen Sie langsam wie ein Film auf der Container-Seitenwand zur Verringerung der Blase Entrainment im Container. Warten Sie, bis ~ 2 Stunden um größere Luftblasen steigen aus dem Behälter zu ermöglichen.
4. Montieren Sie eine Videokamera auf einem Stativ mit Blick auf den Behälter mit dem oberen Teil der Flüssigkeit im Blick. Montieren Sie ein helles Licht auf der anderen Seite des Behälters, vor der Kamera (Hintergrundbeleuchtung). Legen Sie einen Diffusor Blatt zwischen dem Licht und der Container, gleichmäßige Ausleuchtung zu gewährleisten.

2. Durchführung von Experimenten

1. Legen Sie ein Lineal oder flachen Gegenstand bekannter Größe in der Glycerin-Container, oberhalb des Hafens Injektion vor der Kamera. Zeichnen Sie ein kurzes Video des Objekts. Dies dient eine Skala bis Karte von Blasengröße in px und Geschwindigkeit in px s^-1 m und m s^-1, beziehungsweise.
2. Mit Hilfe einer Spritze mit einer dünnen Nadel (z.B. 20 Gauge). Injizieren Sie Gasblasen in verschiedenen Größen durch das Kautschuk-Ventil in die Flüssigkeit. Verwenden Sie die Kamera Videos aufzeichnen, der durch die Flüssigkeit aufsteigende Luftblasen.
3. Mischen Sie Öl basierenden Lebensmittelfarbe mit Sojaöl Pflanzenöl (oder anderes Pflanzenöl dünnflüssiger). Mit der Spritze, Spritzen Sie farbigen Öltröpfchen in verschiedenen Größen in der Glycerin-Container. Videos von den Tröpfchen steigen.

3. Analyse

1. Mit Software wie VLC Mediaplayer exportieren Sie Bild Schnappschüsse aus dem Video des Herrschers (Schritt 2.1). In einem Bildbearbeitungsprogramm den Pixel Abstand auf einer bekannten Länge des Gerätes. Die Länge Skalierungsfaktor kann dann bestimmt werden, als , wo L_m die physische Länge des Objekts in m ist und L_px die Länge des Objekts in Pixel im Bild ist.
2. Extrahieren Sie für jede Blase oder Tröpfchen Aufstieg Geschwindigkeit video Bild Momentaufnahmen aus wenn die Bläschen/Tröpfchen betreten und verlassen die Kamera-Ansicht-Fenster. Messen Sie die Blase/Tropfen (horizontal) Durchmesser in einem Bildbearbeitungsprogramm (D_px). Die durchschnittlichen Geschwindigkeiten (U_px) zu messen, als der Unterschied in der Blase/Tropfen Nase Positionen geteilt durch video verstrichene Zeit zwischen Anfangs- und Endwert Bild Snapshots. Konvertieren Sie diese Pixelwerte in physikalische Werte wie: D = sD_px und U sU=_px.
3. Blase und Tröpfchen Reynolds-Zahlen zu bewerten (), und ziehen Sie Koeffizienten (Eqn. 2). Diese Werte des Grundstückes und vergleichen mit den theoretischen Ergebnissen Eqn. 3. Eigenschaften bei Raumtemperatur (22° C) sind:
   • Glyzerin: ρ_f = 1300 kg m^-3, µ_f = 3,7 kg m^-1 s^-1
   • Luft: ρ_b = 1,19 kg m^-3
   • Sojaöl: ρ_b = 920 kg m^-3

Abbildung 2 : Schaltplan (a) und (b) Lichtbild der Versuchsanlage.