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ESCOLA SECUNDÁRIA FERREIRA DIAS, AGUALVA-SINTRA FÍSICA - 12ºANO TRABALHO LABORATORIAL I.5 “ COEFICIENTE DE VISCOSIDADE DE UM LÍQUIDO ”
Parte I - Planificação da experiência. “ A viscosidade de um líquido é uma propriedade que os pode tornar mais ou menos adequados para certos fins.
Os óleos lubrificantes utilizados em automóveis, por exemplo, estão disponíveis com várias viscosidades e a escolha do óleo mais adequado depende das temperaturas habituais do local onde o veículo circula. Neste trabalho determina-se o coeficiente de viscosidade de um líquido a partir da velocidade terminal de um corpo em queda no seu seio, a qual é atingida quando for nula a resultante das forças que actuam nele. Quando um corpo cai, com baixa velocidade, no interior de um fluido, a força de resistência ao movimento é directamente proporcional proporcional à velocidade e oposta a esta: (Lei de Stokes) , k 6 k depende da forma do corpo ( para uma esfera de raio fluido. F
k v
r
r
) e é o coeficiente de viscosidade do
Esta expressão, definida por Stokes, é apenas válida váli da quando o corpo cai numa extensão infinita i nfinita de fluido. Assim, se o corpo é uma esfera e cai num líquido contido num recipiente cilíndrico, o diâmetro interior do recipiente deve ser muito maior que o diâmetro da esfera. Verifica-se que a viscosidade de um líquido diminui com o aumento da temperatura (ao contrário do que sucede nos gases) e varia com a pressão, embora nestes trabalhos laboratoriais esse fator fa tor seja desprezável. “
Metodologia: A-
Identificar as forças que atuam num corpo que cai, sob a ação da gravidade, no seio de um fluido viscoso e aplicar a segunda lei de Newton.
B-
Medir massas volúmicas. volúmicas.
C-
Determinar a velocidade terminal terminal de um corpo que cai no seio de um fluido viscoso.
D-
Determinar o coeficiente de viscosidade de um líquido
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1
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QUESTÕES PRÉ- LABORATORIAIS: 1. Uma esfera de metal cai num líquido viscoso. Represente as forças que atuam sobre a esfera e faça a respetiva legenda.
2. A esfera atinge, a partir de determinado instante, a velocidade terminal. Justifique a afirmação.
3. Analisando as forças que atuam sobre uma pequena esfera metálica, em queda no seio de um líquido, e aplicando a segunda lei de Newton, demonstre que o coeficiente de viscosidade é dado pela expressão: 2
2 r g ( m
l
)
( a uma dada temperatura )
9 v t
onde
m
e
da esfera e
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v
t
l
são as massas volúmicas do metal da esfera e do líquido, respetivamente, é o raio r
é o módulo da sua velocidade terminal.
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ESCOLA SECUNDÁRIA FERREIRA DIAS, AGUALVA-SINTRA FÍSICA - 12ºANO TRABALHO LABORATORIAL I.5 “COEFICIENTE DE VISCOSIDADE DE UM LÍQUIDO ”
Parte II - Execução da experiência e recolha de dados. Material e Equipamento (por grupo)
Proveta de 2 dm3 com detergente de loiça muito viscoso ( por exemplo “ Super Pop Limão”)
Régua Craveira Cronómetro Esferas metálicas de diâmetro 3,5 mm, 4,0 mm e 4,5 mm. Balança Termómetro Densímetro Pinça Caneta de acetato
Procedimento A- DETERMINAÇÃO DAS MASSAS VOLÚMICAS DO LÍQUIDO E DO METAL 1. Realize a montagem da figura. 2. Deite algumas das esferas de 4,0 mm dentro do vaso e verifique a partir de que altura elas passam a ter movimento uniforme. Fixe a divisão da proveta correspondente ao início do movimento, e qual a divisão, um pouco antes de atingir o fundo, correspondente ao fim do movimento. Meça e registe a distância , d , entre as duas divisões. divisões. 3. Meça e registe as temperaturas ambiente e do líquido. 4. Meça e registe a massa volúmica do líquido. 5. Para três esferas iguais, meça o respetivo diâmetro. Determine o diâmetro e raio médios. 6. Utilize a balança para medir a massa das três esferas do diâmetro selecionado anteriormente. Registe.
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Nomes ________ _____________ __________ __________ ___________ ___________ ___________ ___________ __________ ___________ ______ Nºs. _______ _______ Turma _______ ________ _ m esfera
7. Determine a massa volúmica do material de que são feitas as esferas:
esfera
V e s f e r a
8. Repita os pontos 5, 6 e 7 para as esferas de outros diâmetros. 9. Determine o valor mais provável da massa volúmica do metal da esfera, assim como, as suas incertezas absoluta e relativa. d
_____________
a m b i e n t e
Esfera
D ia m
/m
m
l í q u i d o
______ºC
D i a m m é d i o
/m
________ kg m-3
l í q u i d o
V e s f e r a
R m é d i o
m três esferas
m um a esfera
/ kg
/kg
3
/m
/m
______ ºC
e s f e r a
esfera
-3
/kgm
-3
/kgm
esfera
e s f e r a
/kgm-3
1 2 3 1 2 3 1 2 3
a
= ____________ kg m-3
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r
= _________ %
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e s f e r a
= ( _________
_________) kg m -3
4
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B- DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE TERMINAL 1.
Com ajuda da pinça deixar cair uma esfera, no centro da proveta, e medir o tempo leva a percorrer a distância d . Minimize os erros de paralaxe.
2.
Realize mais dois ensaios com esferas do mesmo diâmetro. Determine o tempo médio ,
3.
Determine o módulo módulo da velocidade velocidade terminal média :
t
que a esfera
t
.
d v t t
4.
Repita os ensaios utilizando esferas de outros diâmetros.
5.
Retire as esferas do fundo da proveta. pr oveta. Limpe-as e guarde-as.
Esfera Diâmetromé dio
t
Raiomédio /m
/s
t
/s
v
t
/m s-1
/m 1 2 3 1 2 3 1 2 3
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Parte III – Cálculos, Cálculos, análise dos resultados e conclusões 1. Determine as grandezas representadas nas tabelas anteriores. 2. Qual das esferas atinge mais rapidamente a velocidade terminal? Porquê? 3. Construa um gráfico que relacione o módulo da velocidade terminal com o raio das esferas, de modo que essa relação seja linear. 4. Obtenha, a partir desse gráfico, o declive e a ordenada na origem da reta de regressão, assim como o quadrado do coeficiente de correlação. Analise. 5. O que representa o declive da reta anterior? Obtenha, a partir dele, o coeficiente coeficiente de viscosidade viscosidade do líquido. 6. Compare o valor do coeficiente de viscosidade obtido com o determinado pelos outros grupos. Em que grupo foi maior a precisão dos resultados? 7. Nas regiões de clima frio usa-se, nos carros, um óleo menos viscoso no inverno e um óleo mais viscoso no verão. Porquê?
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