laboratorio viscosidad



“VISCOSIDAD (FRICCIÓN INTERNA)”
TÍTULO: VISCOSIDAD
OBJETIVO:
Determinar el coeficiente de viscosidad de un líquido a partir del Método de Stokes.
MARCO TEÓRICO:
VISCOSIDAD:
Esta propiedad es una de las más importantes en el estudio de los fluidos y se pone de manifiesto cuando los fluidos están en movimiento.
 
La viscosidad de un fluido se define como su resistencia al corte. Sepuede decir que es equivalente a la fricción entre dos sólidos en movimiento relativo.
 
Cuando deslizamos un sólido sobre otro, es preciso aplicar una fuerza igual en dirección y magnitud a la fuerza de rozamiento pero de sentido opuesto:
,
donde (m) es el coeficiente de rozamiento y () es la fuerza normal, para que el sólido se mueva con velocidad constante () en dirección, sentido ymagnitud.

Tipos de viscosidad:
 
Viscosidad absoluta o dinámica: h  
-Unidades en el S.I.: N s/m2
-Unidades en el cgs:  dina s/cm2  (poise)
Viscosidad cinemática: es la relación entre la viscosidad absoluta y la densidad de masa del fluido   
-Unidades en el S.I.: m2/s
-Unidades en el cgs: cm2/s  (stoke)

LEY DE STOKES:

El movimiento de un cuerpo en un medio viscoso es influenciado por laacción de una fuerza viscosa, Fv, proporcional a la velocidad, v, es definida por la relación Fv = bv, conocida como Ley de Stokes. En el caso de esferas en velocidades bajas Fv = 6pηrv, siendo r el radio de la esfera y η el coeficiente de viscosidad del medio. Si una esfera de densidad mayor que la de un líquido fuese soltada en la superficie del mismo, en el instante inicial la velocidad escero, pero la fuerza resultante acelera la esfera de forma que su velocidad va aumentando pero de forma NO uniforme.
Se puede verificar que la velocidad aumenta no uniformemente con el tiempo pero alcanza un valor límite, que ocurre cuando la fuerza resultante fuese nula. Las tres fuerzas que actúan sobre la esfera están representadas en la figura 1 y son además e la fuerza viscosa, el peso de laesfera, P y el empuje, E. Igualando la resultante de esas tres fuerzas a cero obtenemos la velocidad límite VL.


Donde ρ y  ρ’ son las densidades de la esfera y del medio respectivamente y g es la aceleración de la gravedad (9,81 cm s-2).

Figura 1. Fuerzas que actúan en una esfera en un medio viscoso.
El objetivo de este experimento es investigar el movimiento de una esfera en un medioviscoso (glicerina con agua) y determinar la viscosidad de la mezcla y el porcentual de agua en la glicerina.
Emplearemos un tubo de vidrio con una escala graduada, en la posición vertical, conteniendo la mezcla (Figura 2). Como se trata de un fluido viscoso, al moverse por el mismo, la esfera causa un movimiento que afecta la fuerza viscosa
Para tener en cuenta este efecto se considera la correcciónde Ladenburg que depende del radio de la esfera, del radio del tubo y de su altura. Así, la fuerza viscosa en el tubo, en realidad debe ser escrita como F’v = K(6πηrv), donde K es el factor de Ladenburg: K = (1+2,4r/A)(1+3,3r/H), donde A y H son respectivamente el radio del tubo y la altura total del fluido en el tubo
Por tanto la velocidad corregida es:

Siendo VL la velocidad que de hecho semide y que está dada por la ecuación
vL = (2/9) [(ρ - ρ’)/η] g r2
Material Utilizado
Tubo de vidrio con glicerina, soporte con marcas graduadas, conjunto de esferas, paquímetro, micrómetro, cronómetro y termómetro de mercurio.
Procedimiento y tratamiento de los datos
El arreglo experimental debe ser montado conforme mostramos en la figura acontinuación. La velocidad límite será determinada experimentalmente a partir de la distancia entre las marcas ajustables, medida con una regla y el tiempo de recorrido entre las marcas medido con un cronómetro. Serán utilizadas esferas de acero con diámetro variado de 1 a 6 mm. La densidad del acero es ρa = 7.82 g/cm3 y la de la glicerina a 20ºC, ρg = 1.26 g/cm3. La viscosidad de la glicerina...