Líquido viscoso

1- Introdução

A viscosidade é o atrito interno em um fluido. As forças viscosas se opõem ao movimento de uma do fluido em relação à outra. A viscosidade é a razão pela qual você realiza um esforço para remar em uma canoa se deslocando em águas calmas, porém se não existisse viscosidade você também não poderia remar. Os efeitos da viscosidade são importantes para o escoamento através de tubos, para o escoamento do sangue, para a lubrificação de diversas partes das máquinas e para muitas outras situações.

Um Fluido viscoso tende a aderir sobre uma superfície sólida em contato com ele. Existe uma camada fina chamada de camada limite do fluido nas proximidades da superfície, ao logo da qual o fluido está praticamente em repouso em relação a superfície sólida. È por esta razão que as partículas de poeira podem aderir sobre as lâminas de um ventilador, mesmo quando gira rapidamente, e por isso você também não pode eliminar toda sujeira do carro simplesmente jogando a água de uma mangueira sobre ele.

A lava é um exemplo de escoamento de um fluido com viscosidade. A viscosidade diminui com o aumento da temperatura: quando mais quente a lava, mais facilmente ela pode se escoar.

Uma porção do fluido que possui a forma abcd em um dado instante possuirá a forma abc`d` em outro instante e vai se tornando cada vez mais distorcida ‘a medida que o movimento continua. Ou seja, o Fluido sofre uma contínua deformação de cisalhamento. Para manter este movimento é necessário aplicar uma força constante f aplicada da direita para a esquerda sobre a placa superior e uma força de módulo igual aplicada da direita para a esquerda sobre a placa inferior para manter o escoamento estacionário. Sendo A a área de cada placa, a razão F/A é a tensão de cisalhamento exercida sobre o fluido.

Os fluidos que se escoam velozmente, como a água e a gasolina, possuem viscosidades menores do que as viscosidades dos fluidos “pegajosos”, tais como mel e o óleo de motor. As viscosidades dos fluidos são fortemente dependentes da temperatura, aumentando para os gases e diminuindo para os líquidos ‘a medida que a temperatura aumenta. A redução das variações da viscosidade com a temperatura é um objetivo importante no projeto de óleos para serem usados como lubrificantes de máquinas.

A lei de Stokes refere-se à força de fricção experimentada por objetos esféricos que se movem no seio de um fluido viscoso, num regime laminar de números de Reynolds de valores baixos. Foi derivada em 1851 por George Gabriel Stokes depois de resolver um caso particular das equações de Navier-Stokes. De maneira geral, a lei de Stokes é válida para o movimento de partículas esféricas pequenas, movendo-se a velocidades baixas.

A lei de Stokes pode ser escrita da seguinte forma:

[Equação]

onde:

[Equação]→ é a força de fricção

r → é o raio de Stokes da partícula

η → é o coeficiente de viscosidade

[Equação]→ é a velocidade da partícula.

A condição de baixos números de Reynolds implica um fluxo laminar, o qual pode traduzir-se por uma velocidade relativa entre a esfera e o meio, inferior a um certo valor crítico. Nestas condições, a resistência que oferece o meio é devida quase exclusivamente às forças de atrito que se opõem ao deslizamento de camadas de fluido sobre outras a partir da camada limite aderente ao corpo.

Se as partículas estão a cair verticalmente, num fluido viscoso, devido ao seu próprio peso, pode-se calcular a sua velocidade de sedimentação, igualando a força de fricção com a força de gravidade.

[Equação]

onde:

[Equação] → é a velocidade de sedimentação das partículas (velocidade limite)

G → é a aceleração da gravidade,

ρe → é a densidade da esfera

ρf → é a densidade do fluido.

Objetivo

Verificação da lei de Stokes. Determinar a viscosidade do detergente e do óleo rícino, utilizando a lei de Stokes.

Procedimento Experimental

3.1. Materiais Utilizados

Óleo de rícino

Detergente

Esfera de vidro

Termômetro

Régua

Cronômetro

Proveta de 2 L

Paquímetro

Balança analítica

3.2. Procedimento

Limpe cuidadosamente as esferas, tirando-lhe a gordura que eventualmente tenham, usando algodão e álcool.

Para determinar o raio das esferas pese simultaneamente 20 esferas na balança analítica.

Meça a distância entre os pontos marcados na proveta e o seu diâmetro interno com auxílio de um paquímetro.

Determine a temperatura inicial.

Coloque uma esfera de vidro na superfície do liquido e no centro da proveta e deixe-a cair. Use o cronometro para determinar em que tempo a esfera percorre o trajeto. Determine o tempo médio da queda doas esferas tm. As esferas devem seguir o eixo central da proveta, isto é, não devem tocar nas paredes da proveta. Constará que existe uma região na proveta onde a esfera se desloca com velocidade constante.

Repita a experiência comas outras 9 esferas.

Obter os dados para determinar a massa especifica dos líquidos e das esferas.

Repita a experiência com as outras 10 esferas.

Registre a temperatura final.

Com o método de Stokes vai ser determinada a viscosidade dos líquidos.

Resultados e Discussão