Fluidos

Determinar la viscosidad dinámica de una sustancia. Trabaje con teoría de error.

Para esta experiencia se dispone de una probeta grande, llena de un fluido a temperatura ambiente.

1. Registre la densidad [pic] y la temperatura [pic] de la sustancia desconocida. Examínela y conjeture qué puede ser.
2. Calcule la densidad de las esferas idénticas [pic].
3. Obtenga el radio delas esferas idénticas [pic]
4. Si se libera una esfera dentro de la probeta, ¿cómo puede medir la velocidad límite [pic] de la esfera? Proponga una técnica a sus profesoras y proceda a obtener la medición. Haga 3 ensayos (al menos) y calcule el valor de [pic]. Procuren decidir cuáles serán las variables controladas en el procedimiento de la liberación de la esfera.
5. Determine la viscosidaddinámica del fluido aplicando la Ley de Stokes.
6. Al analizar el resultado, compare a un valor teórico de acuerdo a su conjetura inicial.

Anexo teórico

1. DEFINICION DE FLUIDO. Sustancia que se deforma continuamente al ser sometida a un esfuerzo tangencial o cortante. Por eso suele decirse que no acepta esfuerzo cortante o tangencial cuando éste está en equilibrio.
2. DENSIDADVOLUMÉTRICA [pic]. Se define como [pic]. Se puede medir con un densímetro o un picnómetro; o calcular si se conoce la masa y el volumen de la sustancia. Sus unidades en SI son kg/m3. *Consulta si hay densímetros en la sala.

3. FUERZA DE EMPUJE [pic]. ¿Por qué un cuerpo puede flotar? La flotación está referida a la acción de una fuerza de flotabilidad o Empuje. El principio de Arquímedes define lamagnitud de la fuerza de Empuje como el peso del fluido desplazado por un cuerpo: [pic]

4. VISCOSIDAD DINÁMICA. Entre materiales sólidos en contacto y movimiento relativo, la oposición al movimiento está dada por la Fuerza de Roce o fricción (cinética y estática). En fluidos, se entiende por viscosidad dinámica a las fuerzas de rozamiento interno desarrollado cuando una parte del fluido se mueve enrelación a una parte adyacente. El coeficiente de fricción interna del fluido se llama Viscosidad y se designa por [pic] (“Eta”). En general, la viscosidad es una característica intrínseca del fluido, y para los líquidos es directamente dependiente de la temperatura.

5. LEY DE STOKES. Un caso relativamente simple de analizar es el de una pequeña esfera sólida que desciende bajo la acción de lagravedad al interior de un fluido viscoso. La Ley de Stokes permite calcular la magnitud de la fuerza viscosa que se opone al movimiento de la esfera:
[pic]
Donde:


[pic]Radio de la esfera.
[pic] Viscosidad dinámica del fluido.
[pic]Magnitud de la velocidad límite.


6. VELOCIDAD LÍMITE. Hemos mencionado que la esfera se mueve al interior de un fluido por la acción de lafuerza de gravedad, y que se le opone la fuerza viscosa. Como sabemos por cinemática, a medida que el cuerpo recorre su trayectoria en caída libre a partir del reposo, aumenta su velocidad, pero este aumento no es infinito: llega hasta un valor máximo (velocidad límite) y posteriormente se mueve con velocidad uniforme.


Esto ocurre porque la fuerza neta se hace cero, debido a que lasfuerzas viscosas y de empuje igualan a la fuerza de gravedad, y como están opuestas en sentido, cancelan mutuamente sus efectos, teniéndose como consecuencia que la esfera se mueve en un MRU.
[pic]

A partir de la ecuación anterior, se puede demostrar que el coeficiente de viscosidad dinámica se puede determinar mediante la siguiente expresión (realice el desarrollo de la expresión en suinforme):


[pic]
Donde:

[pic] Viscosidad dinámica del fluido.
[pic] Densidad de la esfera.
[pic] Densidad del fluido.
[pic] Magnitud de la aceleración de gravedad.
[pic]Radio de la esfera.
[pic]Magnitud de la velocidad límite.

Las unidades de medida de la viscosidad es [pic]. Esta unidad equivale a [pic], es decir, [pic]. Verifique las unidades en su informe.

• Volumen de una...