lab fina viscosidad

5/13/2018 Lab Fina Viscosidad - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/lab-fina-viscosidad 1/6

LABORA TORIO 8

VISCOSIDAD

c .

Equipo:

Un tuba de viario de 1 m de /angitud y 2 cm de diemetro, glicerina, 5 esferas

metelices de un radio y 5 de otto radio, un celibredor, balanza, cron6metro,

soporte y una regia de 1m.

En esta practice se determina el coeficiente de viscosidad de un liquido, que es

la glicerina, por medio de un metodo experimental ofrecido por el ffsico Stokes.

TEORiA

Se puede observar facilmente que distintos liquidos se riegan en forma distinta.

Los aceites, glicerina y unas se desplazan mucho menos que el agua al

regarse. Por ejemplo el mercuric (Hg) es un metal, pero a temperatura\

ambiente es un llquido. EI mercurio al caer forma una esfera. Esta propiedad

de los Hquidos de desplazarse en forma diferente se llama viscosidad y se debe

a las fuerzas internas de interaccion entre las molecules del misrno. Cada

Ifquido se caracteriza por su coeficiente de viscosidad '7 .

Sobre cualquier cuerpo que se mueve dentro de un Ifquido actua una fuerza de .

resistencia debido al fen6meno de viscosidad. En generalla magnitud de esta

fuerza depende de muchos factores: del coeficiente de viscosidad del Ifquido,

de la forma del cuerpo, de su velocidad, de la temperatura del Ifquido, etc. La

fuerza de resistencia 0 fricci6n del Ifquido fue calculada te6ricamente por. ,

Stokes, usando el metodo htdrodlnamico para un cuerpo esferico que se mueve

..en un Ifquido. La fuerza de rozamiento aparece entre la superficie del cuerpo y

las m.oleculas del Ifquido que estan en contacto. Si la esfera se mueve• . ;. •~:~..,..~ ;~.... " '. '. ... '" .I':,.... . - ,

uniformemente en un llquido, la fuerza calculada por Stokes es:

I ;~,;

'" I .

F sf = 6 1 [ 1 7 R v (1)



66

donde R es el radio de la esfera, 1 '/ °el coeficiente de viscosidad del llquido, v

es la velocidad de la esfera. La direcci6n de la fuerza de Stokes Fst es apuesta

a la velocidad de la esfera v.

Determinemos anallticamente el movimienta de una esfera, que cae libremente

dentro de un Ifquido. La Fig. 1 esta demostrando el diagrama de fuerzas para el

movimiento de la esfera.

Figo1

Sabre una esfera que se mueve en un Hquido actuan las siguientes fuerzas:

su peso w , la fuerza de empuje E, y la fuerza de fricci6n de Stokes Fst, que

son iguales a:

w=mg que es W=P V ges es

(2)

E=we

que es E=p V g/ 0/

(3)

o'~onde p es la demsidad de la esfera, V e s es volumen d e ' l a esfera, V -a 0 e

, volumen de Hquido desalojado, p es la densidad del liquido y W . ~ peso del/ e

. :.- ; , .; :~ .. t e - ' . : ~ : ' ~ i \ ' ~ ( . . . " . , : ~ " , . ~ . : . . ~ . J

llquido desalojado. La fuerza de Stokes Fst esta dada 'en la ecuaclon (1).'•• ~~..:.; •• ' : ~r -, ' :", ., .._ ".; 'I) ,-J ;~ :-:. ,-

EI volumen de la esfera es igual al volumen de llquido desalojado

Ves= VI

(4)



67

Cuando el movimiento de la esfera 81 caer se estabiliza y la velocidad de

bajada se vuelve constante v = cte esta velocidad se llama velocidad Ifmite y la

ecuaci6n de movimiento es:

w-E-F =0S f

w= E +Fst

4 'EI volumen de una esfera es Ves = 3 l l R ~ . Hallamos '7 de la ecuaci6n (5),

reemplazamos Ves y obtenemos:

2· R:'7 = - 9 g(Pes - p/)-

. V(6)

Como el movimiento es uniforme, la velocidad limite de la esfera se puede

calcular como:

hv=-

t(7)

donde t es el tiempo y h es la altura de la caida de la esfera.

EXPERIMENTO Y PROCEDIMIENTO

Vamos a buscar experimentalmente el coeficiente de viscosidad 1 7 de glicerina,

utilizando la ecuaci6n (6). Para ello, realizamos un montaje de la calda de unas

esferas de acero dentro de un tubo con glicerina Fig. 1. Primero rnedimos el

radio R de las esferas despues hallamos su velocidad llrnite v

experimentatrnente, y con esto calculamos 'el coeficiente de viscosidad de la

glicerina T J . Los valores de las densidades del acero Pes Y dela glicerina Pr

se encuentran en la tabla B al final del manual.



68

Oejamos caer una esfera centro de un tubo con glicerina Fig. 1 observamos,

que el movimiento en 10$ ultimos 40 cm se estabiliza y la esfera comienza a

bajar con una velocidad constante. Calculamos esta velocidad limite de la

siguiente forma: medimos la altura del movimiento uniforme h con una regia,

Fig. 1, Y el tiempo de caida t, por medio de un cron6metro. Calculamos la

velocidad con la ecuaci6n (7), Este experimento se repite 5 veces con 5

esferas del mismo radio, despues se busca el valor promedio de la velocidad

de la caida como:

V pr

5(8)

Las esferas caidas no hay que sacarlas de la glicerina.

EI experimento se realiza con dos clases de esferas, que tienen diferentes

radios, el grande R y el pequeno r. EI radio de cada esfera se mide con un

calibrador, despues se busca el radio promedio R pr y se calcula la viscosidad

de la glicerina por medio de la ecuaci6n (6) utilizando los datos experimentales

R pr , V pr y los datos de la densidad en la tabla B al final de la guia.

EI calculo de los valores del coeficiente de viscosidad de la glicerina T J no debe

depender del rnetodo con 10 cual 10 medimos, 0 sea no debe depender del radio

de la esfera. Analizando la ecuaci6n (6) se puede concluir, que cuando el radio

de la esfera se disminuye, su velocidad de caida tambien tiene que disminuirse,

para que el coeficiente de viscosidad 1 7 no se cambie. Los estudiantes tienen

que comprobar esto en el experimento.

La tabla de los coeficientes de viscosidad de los Ifquidos esta dada al final de

esta practica. Despues de los calculos de l J se busca el error relativo

porcentual entre el valor experimental y el valor. te6rico del coeficiente de

viscosidad de la glicerina, para dos clases de esferas.



69

. ', .

Las unidades del coeficiente de viscosidad se determinan de la ecuaci6n (1).. .~~ ..~.:' .: ~

de Stokes." ..~. ~,

" = 6 n'RvEn el sistema SI (MKS) tenemos

F

La unidad - ! Y 2 se llama Pascal, Pa.m

En el sistema CGS, tenemos:

[ '7 ] = L f g j _ ! ! ? _ : _ - - ~ - l = pcm· em J

donde p se llama poise

1 centipoise = 0.01 P

1 Pa . s = 10 P ;::1000 cp

T AREA Y PREGUNT AS

1. Presentar el informe sobre la teoria, las medidas del experimento y los

calculos correspondientes.

2. <.,Cualesde las dos velocidades es mayor, la de la esfera grande 0 de la

pequena, porqueraz6n?

3. <.,Quees glicerina?, que ecuaci6n qufmica tiene?

4. <.,Quees fuerza de empuje?

5. <.,Porque raz6n hay que repetir el experimento 5 veces?



70

6. Calcular la velo?idad lfmite de una esfera de acero R = 2 m m , que cae~.. . . . " . . . . . . .

dentro de un deposito de alcohol etilico.

7. Calcular la velocidad Ifmite con la cual se eleva una burbuja de aire con

R = 1 m m en agua que tiene una temperatura de 100°C.

Tabla 1. COEFICIENTES DE VISCOSIDAD PARA FLUIDOS

\

FLUIOO TEMPERATURA COEFICIENTE DE VISCOSIDAD

°c 1 7 (Pe- s)

Agua 0 I 1.8 x 10-3

i

I

ii Ix 10-3

20j

I;I i

Ii

1 1000.3xI0-

3

Ila s m a s a ng u fn e o37

I 1.5 x 10-3

I 4 X 10-3

S a n gre e n te ra 37

Glicerina25

1500x 10-3

A lc o h ol e tilic o20

11.2 x 10-

3

I

Hidr6geno0

0.009 x 10-3

V apor de agua 100 O.013xlO-3

lab fina viscosidad

Documents