FUERZA DE FRICCION EN LIQUIDOS ; VISCOSIDAD

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

ESCUELA:ESC. INGENIERIA ELECTRONICA

ASIGNATURA:FISICA III

TEMA:FRICCION EN LIQUIDOS: VISCOSIDAD

PROFESOR:JHONY RAMIREZ A.

ALUMNO:Solrzano Martel Henry Marino ___________ 1323220141

FECHA:Turno:27/05/2015 92-G

2015-A

Informe N6: Friccin en Lquidos - ViscosidadI. Objetivos: Determinar el coeficiente de viscosidad de un lquido usando el mtodo de Stokes Comprender las ecuaciones matemticas que gobiernan a este fenmeno en los fluidosII. Marco Terico:

VISCOSIDAD

Viscosidad de un fluido es la resistencia de un fluido a una fuerza cortante. Propiedad que se debe fundamentalmente al tipo de interaccin entre las molculas del fluido. Para poder definirla, debemos considerar el estudio de la ley de Newton de la viscosidad. Consideremos dos placas paralelas muy grandes como se muestra en la figura, el espacio entre las placas esta lleno con un fluido.

La placa superior bajo la accin de una fuerza constan te F se mueve con una velocidad constante 0 v . El fluido en contacto con la placa superior se adherir y se mover con velocidad 0 v , y el fluido en contacto con la placa fija tendr velocidad cero si la distancia D y la velocidad 0 v no son muy grandes, la variacin de velocidad ser lineal. Experimentalmente se ha demostrado que la fuerza F vara directamente con la superficie A de la placa, con la velocidad 0 v , e inversamente con la distancia D, o sea:

Ms an, en general, depende como vara 0 v con respecto a D, esto es:

Luego:

De aqu una constante de proporcionalidad . Llamada de viscosidad absoluta (dinmica).

O sea la fuerza de viscosidad es proporcional al rea A y al gradiente (derivada) de la velocidad. Los fluidos que cumplen con esta relacin se llaman fluidos newtonianos.Como:

Otra unidad usada para medir la viscosidad es el poise (p): 1 p = 0,1 Ns/m2 La siguiente tabla da la viscosidad para algunas sustancias:

De la tabla se observa que la viscosidad es mucho mayor para los lquidos que para los gases. Tambin se observa una fuerte dependencia de la temperatura. Para los lquidos la viscosidad disminuye al aumentar la temperatura, mientras que para los gases aumenta.

Ley de StokesCuando el fluido ideal de viscosidad nula se mueve alrededor de una esfera, o cuando una esfera se mueve dentro de un fluido estacionario, las lneas de corriente forman un modelo perfectamente simtrico en torno a la esfera. La presin en cualquier punto de la superficie semiesfrica 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.No intentaremos deducir la expresin de la fuerza viscosa directamente de las leyes del movimiento de un fluido viscoso. Las nicas cantidades de las que puede depender la fuerza con la viscosidad del fluido, el radio r de la esfera y su velocidad v respecto al fluido. Un anlisis completo demuestra que la fuerza F est dada por:Fr = 6 r v.(1)Esta ecuacin 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 slo necesitbamos 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 lmite vT para la cual la fuerza retardadora viscosa ms el empuje es igual al peso de la esfera. Sea la densidad de la esfera y la del fluido. El peso de la esfera es entonces (4/3) r3 y el empuje es (4/3) r3 g; cuando se alcanza la velocidad lmite, la fuerza total es cero y(4/3) r 3 g + 6r vL = (4/3) r 3 go bienvL = 2 r 2 g ( - ) / 9(2)Cuando se mide la velocidad lmite de una esfera de radio y densidad conocidos, puede determinarse la viscosidad del fluido en el que cae a partir de la ecuacin anterior. Al contrario, si se conoce la viscosidad, puede determinarse el radio de la esfera midiendo la velocidad lmite. Este mtodo fue utilizado por Millikan para determinar el radio de gotas muy pequeas de aceite con carga elctrica, observando su cada libre en el aire (lo que se utiliz para medir la carga elctrica del electrn).Una expresin de la forma de la ecuacin (1) con un coeficiente numrico distinto, se emplea para cuerpos no esfricos. Los bilogos llaman a la velocidad lmite velocidad de sedimentacin y los experimentos con sedimentacin pueden suministrar informacin til relativa a partculas muy pequeas. A menudo es til aumenta la velocidad lmite haciendo girar la muestra en una centrifugadora, lo que aumenta mucho la aceleracin efectiva de la gravedad.Por otro lado, si la esfera recorre una distancia L, con la velocidad lmite VL empleando un tiempo t, entonces se tiene que VL = L/tPor lo que de la Ecuacin anterior escribimos:L = 2 r 2 g ( - ) t / 9Entoncest = 9 L / 2 g ( - ) r 2(3)

De aqu podemos obtener la siguiente funcin t = t ( 1/ r 2 ) y determinar la viscosidad a partir de su pendiente.III. Instrumentos y Materiales: Un tubo de Vidrio Dos Clamp Una Regla graduada Un calibrador vernier Un cronometro Un termmetro Un Iman Soporte Universal Un Rollo de Pabilo Una balanza Un densmetro AceiteIV. Diseo

V. Tabla de datos generales:Mediciones directas: d=18.5 cmTabla N1Nr(cm)m(g)t1(s)t2(s)t3(s)

10.2220.030.0360.038

20.26550.0320.0360.04

30.38100.0350.0390.04

40.375140.0250.0270.029

50.86230.0450.0320.04

61.015670.060.0570.053

71.171280.0950.0980.1

Tabla N2

NVolumen m3t promedio(s)r2 (m2)1/r (1/ m2)c

10.90909090.0340.166.257.46038797

21.88678920.0360.2549.5492966

32.6315780.0380.42252.366863918.69303286

43.73333330.0270.56251.777777787.9223794

52.6744186050.0390.811.23456797.53202406

66.600985220.056661.56250.648.18947676

710.940170940.0976661.86541.4008.5478956

1. Clculos:

Obtenemos:

Determinar el valor real de la viscosidad del lquido usando el factor de correccin B y cuantifique su error experimental.

Donde:

Teniendo esta ecuacin general podemos despejar algunas variables con los datos obtenidos de la experiencia.

VI. Graficas:

2. Conclusiones y observaciones:

Conclusiones_-A medida que transcurra el tiempo nuestra amplitud de referencia va disminuyendo debido a la resistencia del aire.-con los datos obtenidos indirectamente podemos determinar el coeficiente de amortiguamiento.Observaciones_-la constante elstica del resorte no permanece estable ya que el resorte no es ideal y presenta deformaciones.-el resorte no es homogneo debido a que realiza oscilaciones horizontales y eso dificulta la medicin del nmero de oscilaciones completas.

VII. Cuestionario:1. Qu es un fluido Newtoniano?

Un fluido newtoniano es un fluido cuya viscosidad puede considerarse constante en el tiempo. Un buen nmero de fluidos comunes se comportan como fluidos newtonianos bajo condiciones normales de presin y temperatura: el aire, el agua, la gasolina, el vino y algunos aceites minerales.

2. Intente determinar el tiempo que tardara la esfera en alcanzar la velocidad lmite en forma analtica.

3. Cmo varia la viscosidad de los lquidos con la temperatura?, y con los gases?La viscosidad de un lquido disminuye con un aumento en la temperatura, en tanto que para los gases un incremento en la temperatura provoca un incremento en la viscosidad. .4. Por qu la unidad practica de viscosidad es el centipoise y que otras unidades existen?

En el SI (Sistema Internacional de Unidades), la unidad fsica de viscosidad dinmica es el pascal-segundo (Pas), que corresponde exactamente a 1Ns/m o 1kg/(ms).

La unidad cgs para la viscosidad dinmica es el poise (P), cuyo nombre homenajea al fisilogo francs Jean Louis Marie Poiseuille (1799-1869). El centipoise es ms usado debido a que el agua tiene una viscosidad de 1,0020cP a 20C.

1 poise = 100 centipoise = 1 g/(cms)= 0,1Pas1 centipoise = 1mPas

5. Qu importancia prctica tiene la viscosidad de los lquidos?Ejemplo la lubricacin de una zona muy caliente de una mquina, necesita un aceite de alta viscosidad, dado que la temperatura al bajar la viscosidad no deja de lubricar. 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 travs del aire Cul de los dos cuerpos caer ms rpido?

Sabemos que:

Donde vemos que la resistencia es proporcional al radio del objeto, adems como uno es ms grande que otro y ambos tienen la misma densidad, como existe amortiguamiento, siendo la de mayor radio quien experimenta ms peso, por ello, como el aire es un fluido poco viscoso, la ms grande caer primero.

VIII. Bibliografa: Serway. Fsica. Editorial McGraw-Hill (1992)

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Varios autores. Fsica I. Primer cuatrimestre de Ingeniera Industrial. Curso 1998-99. Dpto. Fsica Aplicada I, E. T. S. I. Industriales y de Telecomunicacin (Bilbao).

Varios autores. Fsica II. Segundo cuatrimestre de Ingeniera Industrial. Curso 1998-99. Dpto. Fsica Aplicada I, E. T. S. I. Industriales y de Telecomunicacin (Bilbao).

Eisberg, Lerner. Fsica. Fundamentos y Aplicaciones. Editorial McGraw-Hill (1983).

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