FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, INGENIERÍA Y AGRIMENSURA

ESCUELA DE FORMACIÓN BÁSICA

DEPARTAMENTO DE FÍSICA Y QUÍMICA

FÍSICA II – TERMODINÁMICA

TRABAJO PRÁCTICO

Viscosidad Objetivos • Determinar la viscosidad de distintos líquidos aplicando la ley de Stokes.

2002

Materiales necesarios: • Tubos de vidrio con soporte y escala impresa. • Distintos líquidos: aceites, detergentes, glicerina, etc. • Bolitas metálicas de diferentes tamaños. • Calibre y balanza. • Imán. • Cronómetro • Trapos y papeles. • Plomada Precauciones:

• Evitar derrames de los líquidos. • Manejar los tubos de vidrio con extremo cuidado. • Tener a mano trapos o papeles para limpiar los derrames o las bolitas ya utilizadas. Introducción: Cuando un fluido viscoso se mueve alrededor de un cuerpo con movimiento estacionario,

o cuando un cuerpo se mueve dentro d un líquido viscoso en reposo actúa sobre el cuerpo

una fuerza resistente debida a la viscosidad. Sir George Stokes en 1845 dedujo el valor de

esta fuerza para un cuerpo esférico:

F = 6.π.η.r.v

donde ηes el coeficiente de viscosidad del fluido, r el radio de la esfera y v la velocidad

de la esfera respecto al fluido.

Una esfera que cae en un fluido viscoso (donde ρesfera > ρlíquido ) alcanza luego de un

cierto tiempo una velocidad límite Vl para la cual, la fuerza retardadora viscosa más el

empuje es igual al peso de la esfera. Cuando se alcanza la velocidad límite, la fuerza total

es cero entonces:

E + Fviscosa = Pesfera

o sea:

4/3 .π. r3.ρlíquido. g + 6.π.η.r.Vl = 4/3.π. ρesfera r3.g

de donde:

η = 2/9 . r2.g. (ρesfera - ρlíquido) . Vl -1

Cuando se mide la velocidad límite Vl de una esfera de radio y densidad conocidos,

puede determinarse la viscosidad del fluido a partir de la ecuación anterior.

Desarrollo del experimento:

Se prepara el tubo de vidrio montado sobre un soporte lleno del líquido cuya viscosidad

se desea medir. Se verifica la verticalidad del mismo utilizando la plomada.

Se mide el diámetro de la esfera y su densidad y se mide la densidad del líquido.

Se deja caer la esfera en la superficie libre del líquido y se determina la zona en la que la

esfera se mueve a velocidad límite (constante). Se mide el tiempo t que tarda la esfera en

caer una distancia y a través del líquido, moviéndose a velocidad constante (Vl = y/t )

Se calcula el coeficiente de viscosidad del líquido mediante la ecuación anterior.

Repetir el experimento con esferas de distinto diámetro y con diferentes líquidos.

Análisis de resultados Hacer una gráfica de y vs. t para determinar la zona de velocidad constante. Determinar

con su correspondiente error el valor de la velocidad límite.

Hacer una gráfica de velocidad límite en función del radio de la esfera.

Determinar el valor de la viscosidad para cada líquido estudiado con su correspondiente

error.

Realizar el diagrama de cuerpo libre de la esfera en el instante en que deja la esfera sobre

la superficie libre, antes de que alcance la velocidad límite y durante el tramo de

velocidad constante.

Buscar en libros o manuales el valor de η medido por otros autores para comparar con el

valor obtenido por ustedes. Preguntas: • ¿Qué observó cuando se cambió el diámetro de la esfera?

• ¿Qué observó cuando cambió el líquido?

• ¿Para qué condiciones experimentales es aplicable la ley de Stokes?

• ¿Cómo estimó los errores de cada una de las magnitudes medidas?

• ¿Cómo determinó la zona de velocidad constante?

• ¿Se le ocurre una disposición diferente para efectuar el mismo experimento, utilizando

elementos similares u otros? ¿ Se le ocurre otra experiencia que pueda ser realizada

con los mismos elementos aportados para este?