LABORATIRIO DE QMC - 206
Práctica 2 DETERMINACIÓN DE LA VISCOSIDAD DE LÍQUIDOS I.- Introdcci!n T"!rica Cuando un cuerpo se mueve a través de un fuido, aparece una uerza sobre el cuerpo que se opone a dicho movimiento. Dicha uerza, que recibe el nombre de fuerza fuerza de arra arrastr stre e , tien tiene e su orige rigen n en los los esu esuer erzo zos s tangenciales y normales que ejerce el fujo sobre la supercie del cuerpo. a uerza de arrastre sobre un cuerpo de geometr!a dada resulta muy di!cil de determinar anal!ticamente, ya que depende de gran n"mero de actores. #or eso es necesario recurrir b$sicamente a la adquisici%n de datos e&perimentales y, con esta nalidad, es costumbre e&presar dicha uerza en la orma'
1 A ÷ 2 2
FD =Cρ v D
donde v es es la velocidad relativa del cuerpo en el fuido, ρ es es la densidad del fuido, A fuido, A es es el $rea de la secci%n transversal m$&ima que el cuerpo orece al fu fujo y CD es un par$met par$metro ro emp!ric emp!rico o llamado coeciente de arrastre, arrastre , cuyo valor depende de la orma geométrica del cuerpo y de la orientaci%n de éste respe respect cto o al fujo fujo,, as! as! como como del del valo valorr del del número número de Reynold Reynolds s asociado con el fujo alrededor del cuerpo. Dicho n"mero de (eynolds, que designaremos por R, es una magnitud adimensional denida en la orma R=
dond donde e
ρ
ρvD η
y v tien tienen en el mism mismo o sign signi ica cado do que que en )*+, )*+, D es la long longitu itud d
caracter!stica del cuerpo el di$metro, en el caso de una esera- y
η es es
el 1
LABORATIRIO DE QMC - 206
coeciente de viscosidad del fuido, que se mide en poises #- en el sistema cegesimal c.g.s.- y en D# en el ./. . Ley de Stokes. #ara valores peque0os del n"mero de (eynolds R 1 *-, es posible determinar anal!ticamente la e&presi%n de la uerza de arrastre sobre una esera lisa, obteniéndose FD =3π η D v
e&presi%n que es conocida como ley de to2es, en honor del !sico irlandés ir 3eorge to2es *4*56*578-, que la dedujo por primera vez en *49:. ;sta ley establece que la uerza de arrastre viscoso que se opone al movimiento de una esera a través de un fuido, cuando R 1 *, es proporcional a la viscosidad del fuido, al di$metro de la esera y a la velocidad de la misma en el seno del fuido.
28 R
para
R<1
para el caso de una esera, lo que concuerda e&celentemente con los resultados e&perimentales.
II.- O#$"ti%o&. =bjetivos 3enerales. 6 Determinar la viscosidad de un fuido. =bjetivos ;spec!cos. 2
LABORATIRIO DE QMC - 206
6 Determinar la viscosidad variando la altura 6 Determinar la viscosidad variando el di$metro de la esera
III.- 'nda("nto& T"orico&. > ;cuaci%n de la ley de to2es. W=RE R = 6!π!η!v W = ρ "!#!$ E = ρ %&'!#!$ $ = π!D( 6
> ;cuaci%n de la ?iscosidad.
η
= 2!r)!#!* ρ "- ρ %&'+ ,! *./+
η
= 2!r)!#!* ρ "- ρ %&'+ ,! v
η = 2!r)!#!* ρ "- ρ %&'+ ) 1-210 20, A - 0,04 +
,! *./+
D
D
IV.- D"&cri)ci!n d" *a Practica. @aterial o ;quipo.
(eactivo. 3
LABORATIRIO DE QMC - 206
6 #robeta
6 Bceite
6 ;seras met$licas
6 hampoo
6 /m$n
6 3licerina
6 Cronometro
V.- Proc"di(i"nto E+)"ri("nta F%&7 v&"7"7
F D
5
v
E
A
l
v
B
R
>
Determinar la viscosidad
m g
de
la
muestra
variando
la
composici%n
e dejan caer eseritas de distintos di$metros en el tubo, midiendo sus velocidades medias con las marcas indicadas en el esquema, empleando cron%metros para registrar tiempos. na vez comprobado que el movimiento es uniorme, se mide la velocidad l!mite para cada esera. Con los di$metros y sus masas se determinan sus densidades. #ara la densidad del l!quido se busca su valor en la literatura y su dependencia con la temperatura en el rango investigado. i no se dispusiera de estos datos, se medir$ por rangos de temperatura, la masa de fuido a volumen constante, utilizando un picn%metro o probetas graduadas. inalmente, con los valores de la velocidad l!mite, los di$metros de las eseras, las densidades de éstas y del l!quido, se calcula el coeciente de viscosidad E para cada esera, utilizando la e&presi%n te%rica . e repiten
LABORATIRIO DE QMC - 206
las mediciones de velocidad cr!tica para dierentes eseras. e construir$n tablas con los resultados de E para las dierentes bolillas y a las dierentes alturas ensayadas. inalmente se presentar$ los gr$co, donde se agregar$n a nes comparativos.
VI.- Ca*c*o&.
η
ρ "- ρ %&'+ η = 2!r)!#!* = 2!04,)!,80 !*22-1023+
,! *16.303+,! *./+
η = 2!r)!#!* ρ "- ρ %&'+ ) 1-210 20, A - 0,04 +
,! *./+
D
D
η = 2!04,)!,80!*22-103+ ) 1-210 !04, 20, !04, A - 0,04 !04, +
,! *16.303+
118
118
118
VII.- R"&*tado& , aná*i&i& d" R"&*tado&. > Determinar la viscosidad #robeta de F:7 ml ρ
G *.7F8 grHml
del shampoo amarillo
#rueb
Diam.
Densida Bltura
Bltura 4 Bltura
Bltura
?iscosidad
a
de
d de la 9 cm.
cm.
*I cm.
con ultima
F:7ml esera
*F cm.
es.
h
*
*,*4
7.95
*.F9
F.*I
8.78
*I.45
F
*,IF
7.8:
7.4F
*.FI
*.J5
*4.4*
8
*,JF
7.FF
7.J4
*.8:
*.4*
F*.99
9
*,4
7.FJ
7.J8
*.*5
*.I4
F*.47
:
F,9
7.*4
7.47
*.95
F.7:
9J.F5
F.F
4
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I
7,IF4
J
7,9JF
J.4I
7.FF
7.J*
*.7J
*.95
*8.IJ
*.*I
7.9I
8.IJ
9.JI
F9.IJ
#robeta de *77ml #rueb
Diam.
Densida Bltura
Bltura 4 Bltura
Bltura
?iscosidad
a
de
d de la 9 cm
cm
*I cm
con ultima
esera
es.
*F cm
h
*
*.*4
7.:J
*.:J
F.8J
8.85
*4.57
F
*.*4
7.J*
*.I8
F.::
8.:*
*5.:J
8
*.IF
7.I:
*.I5
F.J*
8.J5
85.49
9
*.8J
7.:9
*.99
F.F*
8.7J
F8.7J
:
*.**
7.48
*.48
F.J:
8.I:
*4.7*
I
7.9JF
7.F7
7.I7
*.7*
*.84
J.*:F
F.F
J.4I
#robeta de *77ml ρ
G *.F4 grHml
del shampo verde
#rueb
Diam.
Densida Bltura 9 Bltura 4 Bltura
Bltura
?iscosidad
a
de
d de la cm
*I cm
con ultima
esera
es.
cm
*F cm
h
*
*.*4
*.9J
8.88
:.FF
J.*:
8*.*J
F
*.*4
*.:J
8.94
:.8J
J.78
87.I9
8
*.IF
*.IF
8.I9
:.I*
J.:8
I*.4J
9
*.8J
*.JI
8.:7
:.FJ
J.7F
9*.F:
:
*.**
F.*I
8.59
:.4*
J.J:
F5.45
F,F
6
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I
7.9JF
J.4I
7.J9
*.J8
F.::
8.:8
*J.I7
3licerina #ipeta de F:7 ml ρ
G *.F5 grHml
#rueb
Diam. de Densida Bltur
a
esera
d de la a es.
Bltur
9 a
Bltur
Bltur
Bltura
?iscosidad
4 a *F a *I F7 cm con ultima
cm
cm
cm
cm
h
*
*.*4
*.85
F.I5
9.8*
:.J8
J.F4
8*.85
F
*.*4
*.F5
8.7J
9.95
:.45
J.8J
8*.J4
8
*.IF
7.58
F.7F
8.*4
9.9:
:.:I
9:.*4
9
*.8J
*.F4
F.94
8.IJ
9.I4
I.7:
8:.*I
:
*.**
*.:4
8.*4
9.94
:.5*
J.9I
F4.9I
I
7.9JF
7.JJ
*.JJ
F.IJ
8.95
9.99
FF.**
J
7.IF4
7.84
7.:I
*.I4
F.*5
F.47
F9.I5
4
*.4
7.8F
F.:7
8.J:
9.57
:.J4
:J.55
F.F
J.4I F,F
i#*iora/0a. • • • •
@aron ., ando K, Lisicoqu!mica undamentalL, F da ed, ;d. imusa, @é&ico, *54J, pag J7 M J:. Croc2ord N., Oavell K., L@anual de aboratorio de Pu!mica !sicaL, *ra ed, ;d. Blambra, @adrid, *5I*, pag J7 M J8. 3lasstone . L
9
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•
C(C, LNandboo2 o Chemestry and #hysicsL, 49Jd ed, ;d C(C #ress, F778 M F779, pag *7 M *9* *: M F8.
8
