VISCOSIDAD DEL AGUA METODO DESCARGA POR CAPILAR 1.-OBJETIVO
Determinar la viscosidad del agua por el metodo de descarga de fuido por un tubo capilar. capilar. 2.- FUNDAMENTO TEORICO
Un fuido es una sustancia que se deorma continuamente cuando se somete a una uerza tangencial, sin importar cuan pequeña sera esa uerza. uerza. La acilidad acilidad con que un liquido se derrama derrama en una indicacion indicacion de su viscosidad. denimos su viscosidad como la propiedad de un fuido que orece resistencia al movimiento relativo de sus moleculas. El movimiento de un fuido puede conciderarse como el deslizamiento de laminas o capas muy delgadas de fuidos en contacto mutuo , con una velocidad que esta determinada por las uerzas de riccion entre dicas laminas y la uerza aceleratriz aplicada e!teriormente.
"eg#n la gura $.b se obserba q la lamina inerior en contacto con la supercie del piso se mantiene en reposo mientras q las demas laminas se desplazan con velosisidades gradualmente crecientes de modo q la velosidad %v& de cualquier lamina es proporsionalmente a su altura %b&. esta relacion entre velocidades y altura nos permite denir el gradiente de velocidad. v1 h1
v 2 v 3
= = = gradien gradiente te develo de velocida cidad d (1 ) h2
h3
La uerza aceleratriz ' o la uerza de riccion , esta distribuida en la supercie " de la lamina. De alli que la causa del deslizamiento de la lamina y por tanto del gradiente de velocidad es la tencion '(".los e!perimentos demuestran demuestran que la relacion entre la tension y el graiente de velosidad es una cantidad constante que se denomina coeente de viscosidad dinamica %n& del fuido) F S tension γ = = ( 2) v gradien gradiente te de velosid velosidad ad h
En el ".* la unidad de viscosidad %dinamica& es el pascal.segundo %pa.s& en el sistema c.g unidad de viscosidad se denomina poise. $ poise %p&+ dina.s(cm $ centipoise%cp&+ -.-$p Equivalencia) $ pa.s+$- poise+$---cp onsideremos el moviento d un liquido viscoso en un conducto cilindrico de radio / y longitud L. sea ∆ p= p − p . La dierencia es constante de 1
2
presion entre ambos e!tremos del tubo. La ley de poiseville indica que Q=
n ( p1− p2 ) R δnL
4
(3)
0plicando la ecuacion 1 al dispositivo de la gura . 2enemos que la dierencia de presion p − p entre los e!tremos del capila es igual ala 1
2
presion que e3erce la altura de la columna de fuido de densidad p. luego, p − p +pg 1
2
"i 4 es el volumen de fuido que sale del capilar en la unidad de tiempo , la altura de la columna de fuido disminuye, de modo que 4
dh πpgh R −S = = ( 4) dt δnL
"iendo " la seccion del deposito. 5odemos escribir la ecuacion anterio. dh
=− λ h (5 )
dt
Donde λ se denomina constante del recipiente6capilar. 4
πpgh R λ = (6 ) δnLS
*ntegrando la ecuaci7n dierencial, con la condici7n inicial de que en el instante t+-, la altura inicial sea b+-. t
dh =−¿ λ dt (7 ) h 0
∫
h
∫¿ h0
La soluci7n de la ecuaci7n 8 es) − λ t +. e
La altura de la columna de fuido decrece e!ponencialmente con el tiempo t. al aplicar logaritmos neperianos ala ecuacion 9, resulta que Ln + ln - :
λ t
%;& De acuerdo a la gura 1 la representacion grata de ln b vs t es una linea recta con pendiente :
λ
e intercepto ln -.
Fenomenos fsios !n!"o#os
La ecuacion que se describe la descarga de un deposito6capilar es similar a) 6la descara de un condensador a traves de una resisitencia 6 la desintegracion de una sustancia radiactividad. Las variables sicas analogas se registran en el siguiente cuadro F"$i%os )* !"&$'! %e "! o"$mn! %e +$i%o %,%& *(e"oi%!% %e %e'eimien&o Λ
* ons&!n&e %e"
'eiien&e- !i"!'
E"e&'ii%!%
4, carga del condensador $+dq(dt, intensidad de la corriente electrica $(/, constante del circuito
R!%io!&i(i%!%
<, numero de nucleos sin desintegrar d<(dt, actividad radioactividad en valor absoluta Λ , constante de desintegracion
En general la viscosidad en los liquidos disminuye con la temperatura, pero aumenta en el caso de los gases. 5ues en los liquidos el incremento de temperatura aumenta la separacion intermolecular%dilatacion& debilitano las uerzas de coesion intermolecular= mientras que en los gases el incremento de temperatura aumenta la velocidad de las moleculas y por lo tanto se incrementa con recuencia de coques, lo que da lugar a la mayor dicultad en el movimiento. En este e!piremento , el deposito6capilar consste en un recipiente deacrilico transparente seccion tranversal uniorme cuadrada%gura >& perpendicular al deposito de acrilico y su parte inerior, se perora e introduce un tubo de vidrio de pequeño diametro capilar. 0traves del cual se descarga la columna de fuido viscoso%agua&. Una cinta metrica colocada en la parte e!terior del deposito permite medir los cambios de altura de la columna de fuido en uncion del tiempo.
/. MATERIAL 0 EUIPO
3
M!&e'i!"es
ins&'$men&os
'esiion
Un 'eien&e %e (i%'io
inta metrica
$ cm
A#$!
cronometro
-.-$ segundos
>. 5/?ED*@*E<2? A D02?" EB5E/*@E<20LE" >.$
medir) •
longitud del capilar. ±
-.-$
L+ $.$>cm
•
Diametro del capilar
•
-.-$ largo de la seccion transversal
•
•
a+>-cm
±
-.-C
anco de la seccion transversal b+ 1-cm ± -.-C area de la seccion transversal del deposito "+;--cm ±
•
D+ -.8Ccm
-.-1
temperatura ambiente
2+ > -
±
$
±
'igura >. Dispositivo e!perimental para medir la viscosidad del agua
4./.
Llenar con agua el dispositivo asta una altura - +-cm y medir el tiempo que demora el nivel del agua en disminuir asta $;, $9, $8, $, etc. asta completar la tabla.
5. PROCEDIMIENTOS 0 ANALISIS M6&o%o #'!fo
C.$ N ,m3 &s3
1
2
-, -
-,$; $9.; $ N $$ $ ,m3 -,$- -,-; 9.> ;.; &s3 1 9 Fracar + %t&
/
4
5
-,$9 -.$8 -,$ $;.- $.- 1. $ 1 > $1 $> $C -,-9 -,-8 -,- 1$.9 11.$ 1>.8 ; C
7
8
9
:
1;
-,$C >.1 1 $ -,-C 1. 9
-,$> -,$1 -,$ -,$$ C.> . 8.- 8.; 1 > $ $8 $9 $; -,-> -,-1 -,- -,-$ 19.> C-.; 9.1 81.89 1 >
C.linealice la curva anterior. Fraque ln vs t y determine los parGmetros de la recta y su respectiva ecuaci7n) 0+ -;.;1
H+;.21
Ecuaci7n de la recta) < = -;.;1> ? ;.21 C.1 Itiene alg#n signicado Jsico particular de la pendiente de la recta anteriorK La graca presenta una pendiente negativa. Lo cual indica que a medida que disminuye la altura el tiempo aumenta t, actuando inversamente ambas magnitudes. C.> on la inormaci7n del Jtem C. anterior deduzca la ecuaci7n empJrica +%t& .+ 6-.-$t-.$ C.C utilice la ecuaci7n para determinar la viscosidad del agua.
M6&o%o es&!%@s&io
C. usando una calculadora cientJca o cualquier procesador estadJstico, calcular la pendiente y el intercepto con sus respectivos errores de la recta ln+0Ht 0+ -;.;/7 H+ ;.218 Ecuaci7n de la recta) < = -;.;/7> ? ;.218 C.8 con la inormaci7n del Jtem C. anterior deduzca la ecuaci7n empJrica +%t& ., = -;.;/7& ? ;.218
C.9 utilice la ecuaci7n para determinar la viscosidad del agua como su respectiva incertidumbre
7 .RESULTADOS
M6&o%o #'!fo
M6&o%o es&!%@s&io
E$!in %e "! 'e&!
< = -;.;1> ? ;.21
< = -;.;/7> ? ;.218
E$!in em@'i!
,= -;.;1&?;.21
,= -;.;/7&?;.218
λ
8. CONCLUSIONES 8.1) comente brevemente la naturaleza de la viscosidad y como
depende esta de la temperatura del fuido. La viscosidad de un fuido es una medida de su resistencia a las deormaciones graduales producidas por tensiones cortantes o tensiones de tracci7n. La viscosidad se corresponde con el concepto inormal de MespesorM. La viscosidad es una propiedad Jsica caracterJstica de todos los fuidos que emerge de las colisiones entre las partJculas del fuido que se mueven a dierentes velocidades, provocando una resistencia a su movimiento.
8.6I4uN importancia tiene la viscosidad en los fuidos usados como lubricantes en las maquinasK La viscosidad es la caracterJstica mGs importante de la lubricaci7n de cualquier mGquina. o
o
"i la viscosidad del aceite es muy ba3a para la aplicaci7n, el desgaste es mayor por alta de colc7n idrodinGmica. "i la viscosidad del aceite es muy alta para la aplicaci7n, el consumo de energJa es mayor, el desgaste puede ser mayor por alta de circulaci7n y el aceite se calentarG por ricci7n.
"olamente la viscosidad correcta ma!imizarG la vida #til y la eciencia del motor, transmisi7n, sistema idrGulico o lo que sea la aplicaci7n. 8.16analizar cuGl de los datos e!perimentales es el que introduce un mayor error. IDe quN orma se podrG corregir el mismoK 0
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