Relatório Fisica 2 - Viscosímetro de Stokes
Por: Catharina20 • 3/8/2019 • Relatório de pesquisa • 3.607 Palavras (15 Páginas) • 316 Visualizações
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ[pic 1]
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
FORÇA DE ARRASTO NUM FLUIDO: VISCOSÍMETRO DE STOKES
Alunos(as): Catharina Vasconcelos (201620043)
Mariana Lindote (201620060)
Thalyla Martins (201620248)
Vanessa Rodrigues (201620069)
Ilhéus /BA
Julho/2017
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
FORÇA DE ARRASTO NUM FLUIDO: VISCOSÍMETRO DE STOKES
[pic 2][pic 3][pic 4][pic 5][pic 6][pic 7]
Ilhéus/ BA
Julho/2017
SUMÁRIO
1. RESUMO: 4
2. INTRODUÇÃO: 4
3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL: 5
3.1 MATERIAIS: 5
4. APRESENTAÇÃO DE RESULTADOS: 6
5. CONCLUSÃO: 17
6. REFERÊNCIAS: 17
RESUMO:
A forca de arrasto num fluido pelo viscosímetro de Stokes consiste na determinação da velocidade de queda livre de uma esfera através do fluido do qual se deseja obter a viscosidade, aplicando-se a Lei de Stokes. O procedimento foi realizado através da queda de um conjunto de esferas maciças, para estudar o efeito do atrito no escoamento desse fluido e o seu tempo de velocidade. Em nosso experimento, realizamos a imersão de três esferas de tamanhos diferentes em um tubo contendo o fluido da glicerina (0,93 ± 0,05) Pa.s, repetindo esse processo 5 vezes para cada esfera e obtendo os tempos através de sensores. Com os resultados encontrados, percebemos que quanto maior o raio da esfera, maior a velocidade limite, e menor o tempo de queda.
INTRODUÇÃO:
A viscosidade é uma propriedade que determina a capacidade de um fluido em resistir ao escoamento, numa determinada temperatura. Desse modo, a viscosidade de um fluido pode ser determinada acerca dos conhecimentos relacionados ao viscosímetro de Stokes.
A lei de Stokes está relacionada ao movimento vertical realizado por objetos esféricos no interior de um fluido viscoso em repouso. Quando colocamos uma esfera para mover-se verticalmente num fluido em repouso, esse objeto fica submetido à ação das forças de arrasto (FD), empuxo (E) e peso (P).
O arrasto é uma força que resiste ao movimento da partícula no fluido, ou seja, é contrária ao sentido do movimento. Desse modo, o peso do objeto é contrabalanceado pela soma das forças de empuxo e de arrasto, sendo assim:
Equação(1)[pic 8]
onde o empuxo é dado por:
Equação(2)[pic 9]
sendo ρ a densidade do fluido, g o valor da gravidade e, V o volume deslocado pela esfera.
A força de arrasto, segundo Newton, pode ser definida ainda como:
Equação(3)[pic 10]
onde CD é o coeficiente de arrasto (CD depende da velocidade da partícula em relação ao fluido), A é a área de seção transversal do objeto e, v é a velocidade relativa entre o corpo e o fluido.
Segundo George Stokes, o coeficiente de arrasto pode ser expresso em termos de número de Reynolds. O número de Reynolds é importante para avaliar a estabilidade do fluxo e, é dada pelo quociente entre as forças inerciais e as forças viscosas, ou seja:
Equação(4)[pic 11]
onde L é o diâmetro, no caso da esfera e η é a viscosidade do fluido.
Desse modo, a partir da equação (3) e, partindo da relação entre o coeficiente de arrasto e o número de Reynolds para uma esfera quando Re < 1, podemos reescrever a expressão de Newton como:
Equação(5)[pic 12]
onde D é o diâmetro da esfera.
Logo, a partir dessa equação (5), podemos obter o valor da viscosidade do fluido.
Contudo, a equação (5) ainda não é a mais adequada para a obtenção da viscosidade, visto que ao jogarmos uma esfera no viscosímetro, o corpo sofre ação do efeito parede. Esse fenômeno se relaciona com a velocidade de escoamento, ou seja, quanto o corpo é abandonado no eixo central do tubo, a velocidade de escoamento é maior do que quando o mesmo corpo é abandonado próximo das paredes do tubo.
Assim, a equação (6) a seguir, leva em consideração o efeito parede e, então, podemos corrigir o valor da viscosidade:
Equação(6)[pic 13]
onde d representa o diâmetro do tubo e D, o diâmetro da esfera.
Por fim, nesse experimento objetivamos encontrar o coeficiente de viscosidade da glicerina (0,93 ± 0,05) Pa.s, através do uso de um viscosímetro de Stokes.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL:
3.1 MATERIAIS:
Cronômetro digital;
Esferas de aço e imã;
Viscosímetro de Stokes: constituído de painel sustentador vertical graduado, fixadores e mufas de encaixe, tudo de vidro longo e vertical e a glicerina;
Fita métrica.
3.2. MÉTODOS:
Primeiramente, medimos o diâmetro das três esferas de aço com um paquímetro. Posteriormente, com o uso de uma fita métrica, medimos as distâncias correspondentes do sensor 1 aos demais sensores. Utilizando novamente o paquímetro, medimos também o diâmetro interno do tubo.
Após as aferições dessas medidas, abandonamos uma esfera no topo do tubo e registramos os tempos que demora a percorrer cada altura marcada no tubo, ou seja, do sensor inicial ate cada um dos demais sensores. Repetimos todo o procedimento acima por 5 vezes.
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