Friccion en Liquidos

LABORATORIO DE FÍSICA III: VISCOSIDAD 2010

FRICCION EN LIQUIDOS-VISCOSIDAD

I. OBJETIVOS

Determinar el coeficiente de viscosidad de un líquido usando el método de Stokes.Comprender las ecuaciones matemáticas que gobiernan a este fenómeno en los fluidos.

II. EXPERIMENTO

A. MODELO FISICO

La viscosidad puede considerarse como el rozamiento interno de un fluido. Debido a la viscosidad, es necesario ejercer una fuerza para hacer que una capa líquida se deslice sobre otra, o para hacer que una superficie se deslice sobre otra, o para hacer que una superficie se deslice sobre otra cuando hay una capa de líquido entre ambas. Tanto los gases como los líquidos presentan viscosidad, aunque los líquidos son mucho más viscosos que los gases. El problema del movimiento de un fluido viscoso es similar al del esfuerzo cortante y la deformación por cizallamiento en un solido.

El ejemplo más sencillo del movimiento de un fluido viscoso es el que tiene lugar entre dos placas paralelas, como se ilustra en la figura 1. La placa inferior se encuentra en reposo mientras que la superficie se mueve con rapidez constante v. Se comprueba que el fluido que está en contacto con las superficies se mueve a la misma rapidez que ellas; así, en la placa superior la rapidez del fluido es v, mientras que el fluido adyacente a la placa inferior permanece en reposo. Las rapideces de las capas intermedias del fluido aumentan uniformemente de una superficie a la otra, como indican las flechas.

Figura N° 1 Régimen laminar de un fluido viscoso.

Este tipo de flujo se denomina laminar (una lámina es una hoja delgada). Las capas de líquido se deslizan una sobre otra de igual manera que lo hacen las hojas de un libro cuando está sobre una mesa y se aplica una fuerza horizontal a la cubierta superior.

1 Flores Pacheco Alonso Mario 082646H


Como consecuencia de este movimiento, una porción del líquido que en determinado instante tiene la forma abcd, tomará en un instante posterior la forma ab´cd´ y se deformará cada vez más al continuar el movimiento. Es decir, el líquido aumenta constantemente su deformación por cizalladura.Para mantener el movimiento es necesario mantener una fuerza constante hacia la derecha sobre la lámina superior móvil y, por tanto, indirectamente sobre la superficie del líquido. Esta fuerza tiende a arrastrar el fluido y también la lámina inferior hacia la derecha. Por consiguiente, para mantenerla fija, será necesario aplicar una fuerza igual hacia la izquierda sobre la lámina inferior. Ambas fuerzas se han designado por F en la figura 1. Si A es la superficie del fluido sobre la cual se aplican estas fuerzas (es decir, el área de las láminas), la razón F/A es el esfuerzo cortante ejercido sobre el fluido.

Cuando se aplica un esfuerzo cortante a un solido, su efecto es producir cierto desplazamiento del mismo, tal como bb´. La deformación por cizalladura se define como la razón de este desplazamiento a la dimensión transversal l, y dentro del límite de elasticidad el esfuerzo cortante es proporcional a la deformación por cizalladura. Por el contrario, por el contrario, en un fluido la deformación aumenta ilimitadamente mientras se aplique el esfuerzo, y se sabe por la experiencia que este esfuerzo no depende de la deformación por cizalladura, sino de su variación en el tiempo. En la figura 1 la deformación (en el en que el volumen del fluido tiene la forma ab´cd´) es bb´/ab, ó bb´/l. Como l es constante, la variación en el tiempo es igual a 1/l multiplicado por la variación en el tiempo de bb´; que es simplemente la rapidez del punto b´; es decir, la rapidez v de la pared móvil. Por tanto,

variación enel tiempode la deformación por cizalladura= vl

A la variación en el tiempo de la deformación por cizalladura se la denomina también simplemente variación de la deformación. El coeficiente de viscosidad del fluido, o simplemente su viscosidad η, se define como la razón del esfuerzo cortante a la variación de la deformación por cizalladura:

η= esfuerzo cortantevariaciónde la deformaciónunitar ia porcizalladrua

= F / Av / l

O bien:

F=ηA vl 1.1

En líquidos que fluyen fácilmente, como el agua o el petróleo, el esfuerzo cortante es relativamente pequeño para una variación de deformación dada, y la viscosidad es también relativamente pequeña. Con líquidos como la melaza o la glicerina, se



necesita un esfuerzo cortante mayor a la misma variación de deformación, y la viscosidad es, por tanto, mayor. Las viscosidades de los gases a temperaturas y presiones normales son mucho menores que las de los líquidos comunes. Las viscosidades de todos los fluidos dependen, fuertemente de la temperatura, aumentando en el caso de los gases y disminuyendo en el de los líquidos cuando aumenta la temperatura, de hay la expresión “más lento que la melaza en enero”. Un aspecto importante de la fabricación de aceites lubricantes para motores es la de reducir la variación de viscosidad con la temperatura al máximo.

En virtud de la ecuación 1.1 la viscosidad se expresa en N/m (ms -1). Recordando, que N=Kg/ms2, podemos también expresar la viscosidad en kgm-1s-1. La viscosidad puede también expresarse en gcm-1s-1, unidad llamada poise, y abreviada P.

1kgm-1s-1=10P

Las viscosidades pequeñas se expresan en centipoises (1cP=10 -2poise) o en micropoises (1μP=10-6 poise). En la tabla se dan algunos valores típicos de coeficientes de viscosidad.

Tabla 1 Valores típicos de coeficientes de viscosidad.

Temperatura a °CViscosidad

Petróleo crudo P Agua cP Aire μP0 53 1.792 171

20 9.86 1.005 18140 2.31 0.656 19060 0.80 0.469 20080 0.30 0.357 209

100 0.17 0.284 218

No en todos los fluidos la fuerza es directamente proporcional a la velocidad como indica la ecuación 1.1. Una excepción interesante es la de la sangre, en la cual la velocidad aumenta más rápidamente que la fuerza. Así, cuando se duplica la fuerza, la velocidad aumenta más del doble. Este comportamiento se explica por el hecho de que, a escala microscópica, la sangre no es un fluido homogéneo, sino una suspensión de partículas sólidas en un líquido. Las partículas en suspensión tienen formas características; por ejemplo, los glóbulos rojos tienen aproximadamente forma de disco. A pequeñas velocidades, sus orientaciones son aleatorias, pero a medida que aumenta la velocidad tienden a orientarse para facilitar el flujo. Los fluidos que lubrican las articulaciones del cuerpo humano presentan un comportamiento similar.Los fluidos que se comportan según la ecuación 1.1 se denominan fluidos newtonianos: como hemos visto, esta descripción es un modelo ideal al que no se



ajustan todos los fluidos. En general, los fluidos en forma de suspensión o dispersión normalmente tienen un comportamiento viscoso no newtoniano. No obstante, la ecuación 1.1 proporciona un modelo útil para describir aproximadamente las propiedades de muchas sustancias puras.

Cuando el fluido ideal de viscosidad nula se mueve alrededor de una esfera, o cuando una esfera se mueve dentro de un fluido estacionario, las líneas de corriente forman un modelo perfectamente simétrico en torno a la esfera. La presión en cualquier punto de la superficie semiesférica situada contra la corriente es exactamente la misma que la del punto correspondiente de la cara situada a favor de la corriente y la fuerza resultante sobre la esfera es cero. Sin embargo, si el fluido es viscoso habrá un arrastre viscoso sobre la esfera (cualquiera que sea la forma de un cuerpo, éste experimenta arrastre viscoso, pero sólo puede calcularse fácilmente en el caso de una esfera).

No intentaremos deducir la expresión de la fuerza viscosa directamente de las leyes del movimiento de un fluido viscoso. Las únicas cantidades de las que puede depender la fuerza con la viscosidad η del fluido, el radio r de la esfera y su velocidad v respecto al fluido. Un análisis completo demuestra que la fuerza F está dada por:

F r=6 πηrv 1.2

Esta ecuación fue deducida por primera vez por sir George Stokes en 1845 y se denomina “ley de Stokes”. La hemos utilizado para estudiar el movimiento de una esfera que cae en un fluido viscoso. Entonces sólo necesitábamos conocer que la fuerza viscosa para una esfera dada en un fluido determinado es proporcional a la velocidad relativa.

Una esfera que cae en un fluido viscoso alcanza una velocidad límite vr para la cual la fuerza retardadora viscosa más el empuje es igual al peso de la esfera. Sea ρ la densidad de la esfera y ρ´ la densidad del fluido. El peso de la esfera es entonces (4/3)πr3ρ y el empuje es (4/3)πr3ρ´g; cuando se alcanza la velocidad límite, la fuerza total es cero y

(4 /3 ) πr 3ρ´ g+6 πr vL=(4 /3 ) π r3 ρgO bien:

vL=2 r2g (ρ−ρ´ )

9η 1.3

Cuando se mide la velocidad límite de una esfera de radio y densidad conocidos, puede determinarse la viscosidad del fluido en el que cae a partir de la ecuación anterior. Al contrario, si se conoce la viscosidad, puede determinarse el radio de la esfera midiendo la velocidad límite. Este método fue utilizado por Milikan para determinar el



radio de gotas muy pequeñas de aceite con carga eléctrica, observando su caída libre en el aire (lo que utilizó para medir la carga eléctrica del electrón).

Una expresión de la forma de la ecuación 1.2 con un coeficiente numérico distinto, se emplea para cuerpos no esféricos. Los biólogos llaman a la velocidad límite velocidad de sedimentación y los experimentos con sedimentación pueden suministrar información útil relativa a partículas muy pequeñas. A menudo es útil aumenta la velocidad límite haciendo girar la muestra en una centrifugadora, lo que aumenta mucho la aceleración efectiva de la gravedad.

Por otro lado, si la esfera recorre una distancia L, con la velocidad límite vL empleando un tiempo t, entonces se tiene que vL = L/t, y de la ecuación anterior escribimos:

L=2 r2g (ρ−ρ´ ) t /9η

Entonces

t= 9ηL2g( ρ−ρ ´ )r2

1.4

De aquí podemos obtener la siguiente función t=t (1/r2) y determinar la viscosidad a partir de su pendiente.

B. DISEÑO DE INSTALACIÓN



Figura N° 2 Diagrama de diseño.

Debido a la anchura finita del recipiente usado en el trabajo experimental, la velocidad límite de las esferas es menor respecto a la velocidad que tendría, si el recipiente tuviese un ancho muy grande, por lo que observamos que el valor 𝛈 que se obtiene resulta ser mayor al verdadero, siendo necesario introducir un factor de corrección B, tal que el valor verdadero 𝛈* de la viscosidad es dada por:

η∗¿η/ BDonde:

B=1+2.1(r /R)Donde “R” es el radio del recipiente.

C. INSTRUMENTOS Y MATERIALES

1 Vernier Imanes2 cronómetros Aceite1 densímetro Balanza de platillos



Soporte Universal (Grande) 6 esferasHiloTubo de vidrio

Papel

D. VARIABLES INDEPENDIENTES

¿Qué instrumentos nos dan las variables independientes en el experimento y cuáles son estas variables?

RespuestaInstrumento VariableLa balanza La masa de las esferasEl vernier Diámetros de las esferitasDensímetro La densidad del líquido (aceite)

E. VARIABLES DEPENDIENTES

¿Qué instrumentos nos dan las variables dependientes en el experimento y cuáles son estas variables?

RespuestaInstrumento VariableCronómetro El tiempo que tarda la esfera en recorrer

la altura LTubo de vidrio Para medir la altura L

F. RANGO DE TRABAJO

¿Cuáles son los rangos de trabajo de los instrumentos utilizados?¿Existe algún otro instrumento o equipo que no haya sido considerado?

Instrumento Rango de trabajoLa balanza De 0 g hasta 100gEl vernier De 0 mm hasta 20 cm El densímetro De 0 hasta 1000 kg/m3

Tubo de vidrio De 0 ml hasta 1.5 lEsferas de acero De 0 g hasta 25.8 g

El imán para atraer la esfera de cobre del fondo del tubo de vidrio.



El hilo para atar al imán, con su ayuda retiramos la unión imán esfera del fondo del recipiente.

G. PROCEDIMIENTO

Primera Parte: Preparación del experimento y calibración del instrumento.1. Disponer verticalmente el tubo de vidrio en el soporte universal con la ayuda de los

clamps, ver figura 2, y medir su radio interior R con el calibrador vernier.2. Llenar casi todo el tubo con el líquido, introducir el termómetro y medir su

temperatura. Si la densidad del líquido no es conocida, se puede determinar con la ayuda del densímetro.

Segunda Parte: Ejecución1. Medir con el calibrador vernier, el radio de una billa de acero, determinar su masa

con la balanza y determinar su densidad con estas cantidades. Repetir este paso para las otras billas y anotar los valores en la Tabla N°2.

N° de billa

Masa de billa Diámetro de billa Volumen de billa Densidad de billa

b1 25.8 g 18.5 mm 3.315 cm3 7.782 g/cm3

b2 12.6 g 14.5 mm 1.596 cm3 7.895 g/cm3

b3 7.6 g 12.3 mm 0.974 cm3 7.803 g/cm3

b4 5.77 g 11.08 mm 0.712 cm3 8.101 g/cm3

b5 3.6 g 9.42 mm 0.437 cm3 8.225 g/cm3

b6 1.1 g 6.28 mm 0.129 cm3 8.482 g/cm3

¿bi :billa−i

2. Dejar caer una billa de acero, bien limpia, dentro del tubo, de modo que siga su eje central y observar a partir de que altura, aproximadamente, ésta empieza a moverse con velocidad constante. Debajo de esta altura, definir dos marcas referenciales A y B separado una distancia L0, (20 ó 25 cm), atando en el tubo dos pedazos de pabilo, como se muestra en la figura 1.Retirar la billa con la ayuda del imán.

3. Limpiar bien una billa de acero y dejarla caer dentro del tubo en la dirección del eje y medir el tiempo que emplea en recorrer la distancia L0. Retirar la billa del tubo con el imán y repetir el proceso dos veces más. Anotar los tiempos leídos y su valor en la tabla N°2.

4. Repetir el paso anterior con las demás billas de acero y completar la tabla.



5. Con los valores de la Tabla N°2 t=t (1/r2) en una hoja de papel milimetrado, realizar el ajuste por el método de los Mínimos Cuadrados. ¿Pasa la curva por el origen del sistema de coordenadas?

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.120

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

f(x) = 7.79471984633655 x + 0.19876960514717R² = 0.991685593497716

t vs 1/r²

1/r² (1/mm²)

Tiem

po (s

)

Figura N° 3 Gráfica de t vs 1/r² en papel milimetrado.

Al hacer x= 0, y= 0.1988, estando muy cerca del origen.

6. A partir del líquido usado en la experiencia t=t (1/r2), hallar el valor de la viscosidad del líquido usado en la experiencia y su error correspondiente.

Experimentalmente sabemos que:

t= 9η l2g ( ρ−ρ´ ) r2

como tan θ=[ 9 l2g ( ρ−ρ´ ) ]η

η=2 g ( ρ−ρ ´ )

9 ltan θ

Para g=9.807 ms2

, p=8.225 g /cm3 , ρ´=0.780 g/cm3 , tan θ=7.7947 ,l=20 cm

Obtenemos:

η=2 (9.807 ) (8.225−0.780 )9 (0.2 )(1000)

(7.7947)



∴η=0.632g m−1 s−1óη=0.632P

7. Determinar el valor real de la viscosidad del líquido usando el factor de corrección B y cuantifique su error experimental.

η∗¿η/ BDonde:

B=1+2.1¿Si R=45mm

B=1+2.2(4.71/45)B=1.2198

η∗¿0.632/1.2198η∗¿0.518 P

Tabla 2

L0 = 20 cm

N° mc Dc t 1 t 2 t 3

1 25.8 g 18.5 mm 0.28 ms 0.28 ms 0.30 ms

2 12.6 g 14.5 mm 0.34 ms 0.31 ms 0.33 ms

3 7.6 g 12.3 mm 0.38 ms 0.40 ms 0.38 ms

4 5.78 g 11.08 mm 0.46 ms 0.52 ms 0.50 ms

5 3.6 g 9.42 mm 0.56 ms 0.57 ms 0.56 ms

6 1.1 g 6.28 mm 0.99 ms 1 ms 0.95 ms

H. CUESTIONARIO

1. ¿Qué es un fluido Newtoniano?

Un fluido newtoniano es un fluido cuya viscosidad puede considerarse constante en el tiempo. La curva que muestra la relación entre el esfuerzo o cizalla contra su tasa de deformación es lineal y pasa por el origen, es decir, el punto [0,0]. El mejor ejemplo de este tipo de fluidos es el agua en contraposición al pegamento, la miel o los geles que son ejemplos de fluido no newtoniano.Un buen número de fluidos comunes se comportan como fluidos newtonianos bajo condiciones normales de presión y temperatura: el aire, el agua, la gasolina, el vino y algunos aceites minerales.


http://es.wikipedia.org/wiki/Vino

http://es.wikipedia.org/wiki/Gasolina

http://es.wikipedia.org/wiki/Agua

http://es.wikipedia.org/wiki/Aire

http://es.wikipedia.org/wiki/Fluido_no_newtoniano

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Geles&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Miel

http://es.wikipedia.org/wiki/Pegamento

http://es.wikipedia.org/wiki/Agua

http://es.wikipedia.org/wiki/Origen

http://es.wikipedia.org/wiki/Deformaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Cizalla

http://es.wikipedia.org/wiki/Esfuerzo

http://es.wikipedia.org/wiki/Viscosidad


2. Intente determinar el tiempo que tardaría la esfera en alcanzar la velocidad límite en forma analítica.

Figura N° 4 Diagrama de cuerpo libre para la billa.

Sabemos que la billa es soltada, por lo tanto parte del reposo, en ese momento consideramos lo siguiente:E=0 , F r=0, la fuerza de gravedad siempre está presente.

F r=6 πηrv , E=ρ ´ g V S , W=mg

Por tanto;

FR=m dvdt

W −Fr−E=m dvdt

W−F r−Em

=dvdt

Estaes una EDORVS , ralizando un cambio de variable tenemos :

W−F r−Em

=z

mg−6 πηrv−ρ ´ g V S

m=z

g−6 πrηm

v− ρ ´ρ

g=z

Derivandocon respecto a t , tenemos :

−6 πrηm

dvdt

=dzdt

dvdt

= −m6 πrη

dzdt



Reemplazando esta últimaexpresión en la primeraecuación (de Newton ) ,tenemo s :

z= −m6 πrη

dzdt

6πrηm

dt=−dzz

Recordand o que z=mg−6πηrv−ρ´ g V S

mIntegrando tenemos :

∫0

t6 πrη

mdt=−∫

0

vL d (mg−6 πηrv− ρ´ gV S

m)

mg−6 πηrv−ρ ´ gV S

m

6πrηm

t=−[ ln mg−6 πηrv− ρ´ g V S

m ]0

vL

Comoent=0 E=0 , Fr=0 , tenemos :

6πrηm

t=−¿

6πrηm

t=ln ( g

g−6 πηr v L

m− ρ´

ρg )

De donde :

∴t= m6 πrη

ln( g

g−6πηr v L

m− ρ ´

ρg )

Donde :m=masa debilla ,r=radio debilla , η=coeficiente de viscosidad ,

vL=velocidad límite , g=aceleraciónde la gravedad , ρ ´=densidad del

liquido , ρ=densi dad delcuerpo .

Esto es lo que yo he intentado, ahora mostraré lo que he encontrado.

La esfera se mueve bajo la acción de las siguientes fuerzas: el peso, el empuje (se supone que el cuerpo está completamente sumergido en el seno de un fluido), y una



fuerza de rozamiento que es proporcional a la velocidad de la esfera (suponemos que el flujo se mantiene en régimen laminar).El peso es el producto de la masa por la aceleración de la gravedad g. La masa es el producto de la densidad del material ρe por el volumen de la esfera de radio R.

De acuerdo con el principio de Arquímedes, el empuje es igual al producto de la densidad del fluido ρf, por el volumen del cuerpo sumergido, y por la aceleración de la gravedad.

La fuerza de rozamiento es proporcional a la velocidad, y su expresión se denomina ley de Stokes

donde 𝜂 es la viscosidad del fluido.La ecuación del movimiento será, por tanto,

La velocidad límite, se alcanza cuando la aceleración sea cero, es decir, cuando la resultante de las fuerzas que actúan sobre la esfera es cero.

Despejamos la velocidad límite vl

La ecuación del movimiento es

donde F es la diferencia entre el peso y el empuje F=mg-E, y k=6πR Integramos la ecuación del movimiento para obtener la velocidad de la esfera en función del tiempo.

Obtenemos


http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/dinamica/viscosidad/viscosidad.htm#Viscosidad

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/dinamica/viscosidad/viscosidad.htm#F%C3%B3rmula%20de%20Stokes

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/arquimedes/arquimedes.htm


Esta ecuación nos dice que se alcanza la velocidad límite vl después de un tiempo teóricamente infinito. Si representamos v en función del tiempo t la gráfica tienen una asíntota horizontal en v=vl.

Integramos la expresión de la velocidad en función del tiempo para obtener la posición x del móvil en función del tiempo t. Suponemos que la esfera parte del origen x=0, en el instante inicial t=0.

se obtiene

Dado que la exponencial tiende a cero rápidamente a medida que transcurre el tiempo, vemos que al cabo de un cierto tiempo, el desplazamiento x del móvil será proporcional al tiempo t.Las diferencias entre el movimiento de un cuerpo en caída libre y cuando cae en el seno de un fluido viscoso se pueden resumir en el siguiente cuadro.

Caída libre En el seno de un fluido viscoso

La velocidad es proporcional al tiempo

La velocidad tiende hacia un valor constante

El desplazamiento es proporcional al cuadrado del tiempo.

El desplazamiento es proporcional al tiempo.

3. ¿Cómo varia la viscosidad de los líquidos con la temperatura?, ¿y con los gases?

La viscosidad de un líquido disminuye con un aumento en la temperatura, en tanto que para los gases un incremento en la temperatura provoca un incremento en la


http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cinematica/graves/graves.htm


viscosidad. Esta diferencia en el efecto de la temperatura sobre la viscosidad de los líquidos y gases se puede nuevamente seguir hasta llegar a la diferencia en la estructura molecular. Las moléculas del líquido están bastante próximas entre sí, con intensas fuerzas de cohesión entre las moléculas, y la resistencia al movimiento relativo entre capas adyacentes del fluido está relacionada con esas fuerzas intermoleculares. A medida que aumenta la temperatura, las fuerzas de cohesión se reducen con una disminución correspondiente de la resistencia al movimiento. Como la viscosidad es un indicador de esta resistencia, se concluye que la viscosidad se reduce al aumentar la temperatura.

Sin embargo, en los gases las moléculas están bastante separadas entre si y las fuerzas intermoleculares son insignificantes. En este caso la resistencia al movimiento relativo surge debido al intercambio de cantidad de movimiento (ímpetu) de las moléculas delgas entre capas adyacentes. A medida que las moléculas son transportadas por el movimiento aleatorio desde una región de baja velocidad volumétrica hasta mezclarse con moléculas de una región de velocidad volumétrica más alta (y viceversa), existe un intercambio efectivo de cantidad de movimiento que resiste el movimiento relativo entre las capas. A medida que aumenta la temperatura del gas, la actividad molecular aleatoria crece con un incremento correspondiente de la viscosidad.

4. ¿Por qué la unidad practica de viscosidad es el centipoise y que otras unidades existen?

En el SI (Sistema Internacional de Unidades), la unidad física de viscosidad dinámica es el pascal-segundo (Pa·s), que corresponde exactamente a 1 N·s/m² o 1 kg/(m·s).

La unidad cgs para la viscosidad dinámica es el poise (P), cuyo nombre homenajea al fisiólogo francés Jean Louis Marie Poiseuille (1799-1869). Se suele usar más su submúltiplo el centipoise (cP). El centipoise es más usado debido a que el agua tiene una viscosidad de 1,0020 cP a 20 °C.

1 poise = 100 centipoise = 1 g/(cm·s) = 0,1 Pa·s1 centipoise = 1 mPa·s

5. ¿Qué importancia práctica tiene la viscosidad de los líquidos?

La viscosidad es un parámetro importante en los aceites lubricantes y según la aplicación debe tener la viscosidad adecuada.La viscosidad de un producto es afectada por la temperatura, a mayor temperatura



menor viscosidadPor ejemplo la lubricación de una zona muy caliente de una máquina, necesita un aceite de alta viscosidad, dado que la temperatura al bajar la viscosidad no deja de lubricar. En cambio utilizando un aceite de baja viscosidad, con el aumento de la temperatura se puede llegar al rompimiento de la película de aceite y la consecuente soldadura de las partes que rozan.En cambio para lubricar una máquina muy fría, se debe utilizar un aceite de baja viscosidad. Por la misma razón si se usa uno de alta viscosidad, con el frío aumenta y puede llegar a generar mucho trabajo para efectuar el movimiento.

6. Dos cuerpos (por ejemplo dos gotas de agua) tienen la misma forma y densidad pero uno es mayor que el otro. Suponiendo que la resistencia del aire sea proporcional a la velocidad del cuerpo a través del aire ¿Cuál de los dos cuerpos caerá más rápido?

Sabemos que: F r=6 πηrv

Donde vemos que la resistencia es proporcional al radio del objeto, además como uno es más grande que otro y ambos tienen la misma densidad, como existe amortiguamiento (resistencia del aire), el peso que experimenta cada una es diferente, siendo la de mayor radio quien experimenta más peso, por ello, como el aire es un fluido poco viscoso, la más grande caerá primero, pero instantáneamente vendrá la segunda gota más pequeña.

7. ¿Qué factores microscópicos determinan la mayor o menor viscosidad de un líquido? Explicar.

La viscosidad de un fluido disminuye con la reducción de densidad que tiene lugar al aumentar la temperatura. En un fluido menos denso hay menos moléculas por unidad de volumen que puedan transferir impulso desde la capa en movimiento hasta la capa estacionaria. Esto, a su vez, afecta a la velocidad de las distintas capas. El momento se transfiere con más dificultad entre las capas, y la viscosidad disminuye. En algunos líquidos, el aumento de la velocidad molecular compensa la reducción de la densidad. Los aceites de silicona, por ejemplo, cambian muy poco su tendencia a fluir cuando cambia la temperatura, por lo que son muy útiles como lubricantes cuando una máquina está sometida a grandes cambios de temperatura.El valor que la fuerza de cohesión tiene en los cuerpos en estado liquido es la causa de la resistencia experimental por una porción do un líquido, cuando un cuerpo se encuentra en su superficie. Dicha resistencia puede alcanzar en determinados casos altos valores, siendo esta la causa de la mayor o menor dificultad que hallarnos al



pretender desplazar un cuerpo sólido dentro de una masa líquida La magnitud de la resistencia se le denomina rozamiento interno o más simplemente viscosidad.

Figura N° 5 Ejemplo de la viscosidad de la leche y el agua. Líquidos con altas viscosidades no forman salpicaduras.

Cabe señalar que la viscosidad sólo se manifiesta en fluidos en movimiento, ya que cuando el fluido está en reposo adopta una forma tal en la que no actúan las fuerzas tangenciales que no puede resistir. Es por ello por lo que llenado un recipiente con un líquido, la superficie del mismo permanece plana, es decir, perpendicular a la única fuerza que actúa en ese momento, la gravedad, sin existir por tanto componente tangencial alguna.Si la viscosidad fuera muy grande, el rozamiento entre capas adyacentes lo sería también, lo que significa que éstas no podrían moverse unas respecto de otras o lo harían muy poco, es decir, estaríamos ante un sólido. Si por el contrario la viscosidad fuera cero, estaríamos ante un superfluido que presenta propiedades notables como escapar de los recipientes aunque no estén llenos. La viscosidad es característica de todos los fluidos, tanto líquidos como gases, si bien, en este último caso su efecto suele ser despreciable, están más cerca de ser fluidos ideales.

8. ¿Cómo se podría interpretar la viscosidad de un sólido?

La viscosidad de un sólido vendría a ser el esfuerzo cortante (deformación por cizalladura), a diferencia de los líquidos en donde varía la deformación por cizalladura en el tiempo, para los sólidos esta permanece igual hasta que se aplique un nuevo esfuerzo cortante.

III. CONCLUSIONES

La viscosidad es observable y medible.La viscosidad es una propiedad que varia con la temperatura.La viscosidad depende de la composición química.


http://es.wikipedia.org/wiki/Gas

http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquido

http://es.wikipedia.org/wiki/Superfluido

http://es.wikipedia.org/wiki/Gravedad

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Drop_0.jpg


IV. BIBLIOGRAFIA

Autor Título Edición Lugar de impresión

Año de impresión

Ausberto Rojas Saldaña FISICA II Primera Perú 1994

G. Yav Miakishev FISICA 4 Primera Rusia 1986


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