动量定律测试实验(发学生)

动量定律验证实验

实

验

报

告

班级：__________

学号：__________

姓名：__________

一、实验目的

1、通过测定射流对平板的冲击作用力，验证定常流动的动量方程式。

2、了解活塞式动量定律实验仪原理、构造，进一步启发与培养创造性思维的能力。

二、实验装置与原理

1、实验功能

本试验台是一个验证性实验设备，即通过射流的反应作用力验证动量定律。在实验过程中除能实测到一定的实验现象还可定量的测定参数，并记录数据，通过公式运算来验证。

本产品的具体教学实验可完成：

1）、测定管嘴喷射水流对平板或曲面板所施加的冲击力。

2）、将测出的冲击力与用动量方程计算出的冲击力进行比较，加深对动量方程的理解。通过以上的实验得到一些的测量数据，并可以此来验证恒定流动量方程，由此学生或直观确切的了解该实验的现象从而更好的理解动量定律。

2、实验装置

实验装置简图如图所示

力臂尺

设备配置：恒稳水箱、蓄水箱、防腐水泵、自循环防腐蚀管道系统、阀门构配件、实验管嘴、平衡杠杆、平衡砝码、平衡锤、支点、实验计量水箱、实验平板组件、实验曲面板组件、实验桌等。

3、实验原理

（1）、求水流对平板的作用力

如图所示的水平方向射流，其平均速度为v ，流量为Q ，垂直射向平板。求水流对平板的作用力。

取1-1(喷嘴出口)与2-2（平板）过流断面之间的流体为控制体，列出在水平方向（x 方向）的动量方程式为： )(1122x x x V V Q F ββρ-=

(1)

式中：F x — 平板对水流的作用力。

ρ — 水的密度ρ=1000（㎏/m ³）； Q — 流量（m/s ³）； β1、β2 — 动量修正系数；

υ1x — 喷嘴出口平均流速在水平方向投影v v x =1（m/s ）； υ2x — 2-2控制面平均流速在水平方向投影υ2x =0；

若取动量修正系数β1=β2=1，则（1）式为

x x QV F 1ρ-= ……

（2）

因为，水流对平板的作用力x R 与x F 大小相等，方向相反。因此，平板所受的作用力 QV QV F R x x x ρρ==-=1 (3)

（2）、验证动量定理

根据平衡力矩原理验证动量定理。在没有水击冲力对平板作用力的情况下（即为初始状态），调节平衡锤和平衡砝码，使得平衡杠杆处于平衡状态，平衡砝码到转轴的距离为L 1；打开水泵，使得水流通过喷嘴冲击平板，对平板有一定的作用力，调节平衡砝码，使得平衡杠杆在此条件下保持平衡，此时测得平衡砝码到转轴的距离为L 2，冲击点到转轴的垂直距离为h 。

初始状态下：杠杆平衡，其对转轴取矩，得力矩为：

11mgL M =

有水流冲击的状态下：水流对平板的作用力为x R ，其对转轴取矩，得力矩：

Qvh h R M x ρ==0

有水流冲击的状态下：平衡砝码到转轴的力矩M 2: 22mgL M = 如果使201M M M =+，则说明测试得出的水对平板的作用力x R 是正确的。但是由于对力臂测试的误差以及仪器本身带来的误差，会导致201M M M ≠+，只要误差在20%以内就认为其是正确的。

三、实验步骤

1、调节平衡锤和平衡砝码，使得平衡杠杆处于平衡状态，平衡砝码到转轴

的距离为L 1；

2、接通电机电源

3、缓慢开启控制阀门，使水流射向平板，移动平衡砝码，使平板处于垂直位置，记录平衡砝码到转轴的距离为L 2，冲击点到转轴的垂直距离为h ；

4、调节阀门，重复步骤（3）；

5、用体积流量法测流量值；

6、依次测得几点流量与力矩值；

7、由测得的力矩值换算成力的值。

四、实验记录与计算结果

1、已知数据：

喷嘴管径m mm d 015.015==， m mm h 23.0230==， 平衡砝码质量 kg g m 1.0100==，水的密度3/1000m kg =ρ 2、测量数据

3、计算数据

4、计算过程（任举一例，画出力矩图示，并说明误差值）