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Legge di Stokes

Una sfera di 0,0001 m di raggio e 2500 kg/m³ sedimenta a 0,0327 m/s in un liquido da 1000 kg/m³ e 0,001 Pa·s. Inserisca il raggio, le due densità e la viscosità e ottenga la velocità di sedimentazione di piccole particelle e goccioline. Gratis nel suo browser.

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Se inserisce
Raggio
0,0001
Densità della particella
2500
Densità del fluido
1000
Viscosità
0,001
Gravità
9,81
Ottiene
Differenza di densità
1500
Velocità terminale
0,0327
Velocità di sedimentazione
0,0327

La legge di Stokes fornisce la velocità terminale di sedimentazione di una sfera piccola in regime strisciante in un fluido viscoso quando la resistenza inerziale è trascurabile rispetto al taglio viscoso. Con il raggio r della sfera, la densità della particella, la densità del fluido e la viscosità dinamica del liquido o gas circostante, la forma chiusa è v uguale a due noni per r al quadrato per la differenza di densità per la gravità, il tutto diviso per la viscosità. Gli studenti che controllano i compiti di sedimentazione, gli ingegneri chimici che dimensionano i chiarificatori, gli scienziati degli aerosol che stimano le velocità di caduta delle gocce e gli autori di laboratorio che convalidano i quaderni di flusso strisciante necessitano delle stesse quattro grandezze e di un risultato riproducibile.

Che cosa calcola la legge di Stokes e quali grandezze Lei deve inviare

Nell'idrodinamica a basso numero di Reynolds la resistenza su una sfera è lineare con la rapidità, non quadratica: George Gabriel Stokes dimostrò che la forza viscosa vale sei pi per la viscosità per il raggio per la velocità. Equilibrare quella resistenza con la forza gravitazionale netta — peso della particella meno la spinta del fluido spostato — produce la velocità di sedimentazione del manuale: v uguale a due noni per r al quadrato per (densità della particella meno densità del fluido) per g, diviso per la viscosità dinamica.

Il raggio è quello della sfera, non il diametro; la densità della particella è la densità apparente del solido o della goccia; la densità del fluido è quella del liquido o gas circostante; la viscosità è quella dinamica (assoluta) in pascal-secondo o un equivalente coerente, non quella cinematica in stokes o centistokes. L'intento di ricerca si raggruppa in frasi come calcolatore della legge di Stokes, velocità di sedimentazione di una sfera piccola, velocità terminale di Stokes, rapidità di sedimentazione da raggio e viscosità, e caduta di particelle in flusso strisciante.

Le persone vogliono un valore numerico da ancorare a un foglio di lavoro, da inserire in un quaderno di laboratorio o da alimentare a una pipeline più ampia — non solo un promemoria che la formula esiste. Le unità restano coerenti con la base che Lei ha scelto: metri, chilogrammi per metro cubo, pascal-secondo e metri al secondo quadrato producono metri al secondo. Una velocità positiva è sedimentazione verso il basso; una negativa significa che la particella è più leggera del fluido e sale; una velocità nulla è galleggiamento neutro.

Questa non è la velocità terminale di resistenza quadratica ad alto Reynolds usata per paracadutisti e palle di cannone, che equilibra il peso contro un mezzo rho v al quadrato Cd A.

Controlli di compiti e laboratorio di sedimentazione

Studenti e valutatori confermano la velocità terminale di Stokes da raggio, densità della particella, densità del fluido e viscosità, con rifiuto chiaro quando la viscosità è nulla, negativa o manca un campo.

Dati di prova deterministici per flusso strisciante

Le pipeline che seminano test unitari o dimostrazioni scientifiche interattive possono chiamare un oracolo puro della legge di Stokes invece di reimplementare l'aritmetica dei due noni in ogni lingua.

Abbozzi di chiarificatore, aerosol e caduta di gocce

Ingegneri e docenti ottengono una velocità di sedimentazione strutturata per limo, polline e piccole gocce senza allestire una pila CFD completa né un calcolatore di resistenza quadratica.

Che cosa accade se la viscosità è nulla o negativa?

Una viscosità non positiva farebbe dividere la legge di Stokes per zero o invertirebbe la resistenza; il motore la rifiuta e non addebita la chiamata.

La legge di Stokes coincide con la velocità terminale di resistenza quadratica?

No. La legge di Stokes è resistenza viscosa lineare su una sfera piccola (Re ≪ 1). La velocità terminale di resistenza quadratica equilibra il peso contro ½ ρ v² Cd A ed è un problema distinto ad alto Re.

Il calcolatore della legge di Stokes è gratuito?

Lo strumento del browser viene eseguito gratis sul Suo dispositivo.

Quali unità deve usare, e perché la gravità è un ingresso?

Qualsiasi insieme coerente funziona. Il SI è comune: m, kg/m³, Pa·s e m/s², che producono m/s. La gravità è facoltativa (predefinito 9.81) così altri pianeti e prove a g ridotta condividono un contratto. Mescolare unità incoerenti senza convertire produce un numero privo di senso.

Che cosa significa una velocità di sedimentazione negativa?

Significa che la particella è più leggera del fluido che la circonda, quindi sale invece di affondare. Un risultato positivo indica che si deposita verso il basso, mentre zero indica densità uguali e la particella resta ferma.

Tutto quello che vedi in questa pagina è disponibile anche via API. Questa sezione è per i team che vogliono integrarlo nei propri sistemi; chi non ne ha bisogno può semplicemente usare lo strumento qui sopra.

POSThttps://api.kit.forhosting.com/phys/stokes-law

Autenticazione con Bearer token: un POST mette in coda l'attività e il risultato arriva via webhook o link firmato.

curl -X POST https://api.kit.forhosting.com/phys/stokes-law \
  -H "Authorization: Bearer $KIT_KEY" \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{"radius":0.0001,"particle_density":2500,"fluid_density":1000,"viscosity":0.001}'
{
  "radius": 0.0001,
  "particle_density": 2500,
  "fluid_density": 1000,
  "viscosity": 0.001
}
{
  "task_id": "tsk_a1b2c3d4e5f6a1b2c3d4e5f6",
  "type": "phys.stokes_law",
  "status": "queued",
  "_links": {
    "result": "/tasks/tsk_…/result"
  }
}

L'API è asincrona: ricevi subito un task_id e puoi fare polling fino a 1 richiesta al secondo.

per richiesta$0.002

Prezzo pubblicato, senza token né crediti. Se l'attività fallisce, non paghi.

HTTPCodiceSignificato
401unauthorizedChiave API mancante o non valida: controlla l'header Authorization.
402insufficient_balanceCredito esaurito: ricarica per continuare a eseguire attività.
404unknown_typeTipo di attività sconosciuto: controlla il campo type della richiesta.
429rate_limitedTroppe richieste in poco tempo: rallenta e riprova tra qualche secondo.

Questa capacità applica quella formula, rifiuta una viscosità non positiva con un errore invalid_input chiaro e restituisce JSON strutturato con la velocità terminale, gli ingressi riecheggiati, la formula e il metodo.

Che cosa calcola la legge di Stokes e quali grandezze Lei deve inviare

Consegnare radius, particle_density, fluid_density, viscosity, gravity, density_difference, terminal_velocity, settling_velocity, formula e method come JSON facilita l'incollaggio nelle note, il confronto nei test automatici o il riutilizzo tra lingue senza reimplementare l'aritmetica dei due noni.

Come questo calcolatore convalida l'ingresso e applica v = (2/9) r² (ρ_p − ρ_f) g / μ

Le stringhe numeriche che si interpretano come numeri finiti sono accettate così moduli e pipeline in stile CSV passano valori senza un cast extra. Gravity è facoltativo e vale per impostazione predefinita 9.81 così il lavoro SI ordinario dà metri al secondo senza un campo extra. Anche il raggio deve essere strettamente positivo affinché la sfera sia un corpo geometrico reale. Le densità devono essere non negative; una densità negativa non è fisica in questo modello. Non c'è un servizio di conversione di unità, né una tabella iterativa del coefficiente di resistenza, né una mesh CFD; è la sedimentazione di Stokes ideale da quattro grandezze note più la gravità. Invii un corpo JSON con i campi obbligatori radius, particle_density, fluid_density e viscosity. Ogni campo deve essere finito: campi assenti, stringhe vuote, testo non numerico, NaN e Infinity falliscono subito con invalid_input prima di qualsiasi risultato, e la convalida fallita non viene addebitata. Sono ammessi alias: r e sphere_radius per radius; rho_p, density_particle e particle_rho per la densità della particella; rho_f, density_fluid e fluid_rho per la densità del fluido; mu, dynamic_viscosity e eta per viscosity; g e gravitational_acceleration per gravity. La viscosità deve essere strettamente positiva: una viscosità nulla o negativa è sempre rifiutata come invalid_input perché la legge di Stokes divide per μ e il contratto del prodotto nomina quel fallimento in modo esplicito. Dopo la convalida, il motore forma la differenza di densità, moltiplica due noni per r al quadrato per quella differenza per g, divide per la viscosità e arrotonda a una precisione decimale stabile così lo stesso ingresso produce sempre lo stesso JSON sui motori JavaScript. La stessa funzione pura alimenta lo strumento gratuito nel browser e il percorso API, ed è per questo che un controllo dei compiti e una pipeline di produzione non divergono mai su una sfera in flusso strisciante.

Uso pratico, limiti, prezzo e canali di consegna

Usi lo strumento del browser quando desidera un controllo immediato della velocità di sedimentazione di Stokes nel valutare i compiti, verificare un laboratorio di sedimentazione, abbozzare se una particella di limo cadrà in acqua ferma o risanare gli ingressi di flusso strisciante di un quaderno di aerosol. Scelga unità in modo coerente: se il raggio è in metri, le densità in chilogrammi per metro cubo, la viscosità in pascal-secondo e la gravità in metri al secondo quadrato, la velocità è in metri al secondo e pronta per il confronto con il manuale. Non c'è modello di linguaggio, né servizio esterno di proprietà del fluido, né casualità, così la capacità è sicura da fissare nei controlli di integrazione continua e nei materiali di lezione riproducibili. Ricordi che la legge di Stokes è accurata solo finché il numero di Reynolds della particella resta molto minore di uno; le sfere grandi e veloci necessitano di un trattamento di resistenza quadratica invece di questa formula viscosa lineare. Usi l'API quando uno script, una piattaforma di lezioni, una pipeline di quaderno di laboratorio o un ausilio al chiarificatore necessitano di JSON stabile per molte tuple raggio–densità–viscosità sotto un unico contratto. Ogni richiesta riuscita è un item fatturabile a $0.002; la convalida fallita non consuma saldo. I risultati sono pienamente deterministici: gli stessi quattro ingressi danno sempre lo stesso terminal_velocity, lo stesso alias settling_velocity e le stesse etichette di formula e metodo. Poiché l'implementazione è parse puro di livello A, ogni chiamata riuscita costa il prezzo base pubblicato di $0.002 senza token di modello né rete in uscita.

Come si calcola la velocità di sedimentazione di Stokes con questo strumento?

Invii JSON con radius, particle_density, fluid_density e viscosity (gravity facoltativo, predefinito 9.81). La risposta include terminal_velocity e settling_velocity, entrambi uguali a (2/9)·r²·(ρ_p−ρ_f)·g/μ.

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