Trabajo de Física

Trabajo de Física

La viscosidad es el rozamiento interno entre las capas de fluido. A causa de la viscosidad, es necesario ejercer una fuerza para obligar a una capa de fluido a deslizar sobre otra.

En la figura, se representa un fluido comprendido entre una lámina inferior fija y una lámina superior móvil.

La capa de fluido en contacto con la lámina móvil tiene la misma velocidad que ella, mientras que la adyacente a la pared fija está en reposo. La velocidad de las distintas capas intermedias aumenta uniformemente entre ambas láminas tal como sugieren las flechas. Un flujo de este tipo se denomina laminar.

Como consecuencia de este movimiento, una porción de líquido que en un determinado instante tiene la forma ABCD, al cabo de un cierto tiempo se deformará adquiriendo la forma ABC’D’.

Sean dos capas de fluido de área S que distan dx y entre las cuales existe una diferencia de velocidad dv.

La fuerza por unidad de área que hay que aplicar es proporcional al gradiente de velocidad. La constante de proporcionalidad se denomina viscosidad .

(1)

En el caso particular, de que la velocidad aumente uniformemente, como se indicó en la primera figura, la expresión (1) se escribe

En la figura, se representan dos ejemplos de movimiento de un fluido a lo largo de una tubería horizontal alimentada por un depósito grande que contiene líquido a nivel constante. Cuando el tubo horizontal está cerrado todos los tubos manométricos dispuestos a lo largo de la tubería marcan la misma presión .p=p0+ gh. Al abrir el tubo de salida los manómetros registran distinta presión según sea el tipo de fluido.

Viscosidad de algunos líquidos

Líquido h •10-2 kg/(ms)

Aceite de ricino 120

Agua 0.105

Alcohol etílico 0.122

Glicerina 139.3

Mercurio 0.159

Las fuerzas de atracción y de repulsión intermolecular afectan a propiedades de la materia como el punto de ebullición, de fusión, el calor de vaporización y la tensión superficial.

Dentro de un líquido, alrededor de una molécula actúan atracciones simétricas pero en la superficie, una molécula se encuentra sólo parcialmente rodeada por moléculas y en consecuencia es atraída hacia adentro del líquido por las moléculas que la rodean. Esta fuerza de atracción tiende a arrastrar a las moléculas de la superficie hacia el interior del líquido (tensión superficial), y al hacerlo el líquido se comporta como si estuviera rodeado por una membrana invisible.

La tensión superficial es responsable de la resistencia que un líquido presenta a la penetración de su superficie, de la tendencia a la forma esférica de las gotas de un líquido, del ascenso de los líquidos en los tubos capilares y de la flotación de objetos u organismos en la superficie de los líquidos.

Termodinámicamente la tensión superficial es un fenómeno de superficie y es la tendencia de un líquido a disminuir su superficie hasta que su energía de superficie potencial es mínima, condición necesaria para que el equilibrio sea estable. Como la esfera presenta un área mínima para un volumen dado, entonces por la acción de la tensión superficial, la tendencia de una porción de un líquido lleva a formar una esfera o a que se produzca una superficie curva o menisco cuando está en contacto un líquido con un recipiente.

A la fuerza que actúa por centímetro de longitud de una película que se extiende se le llama tensión superficial del líquido, la cual actúa como una fuerza que se opone al aumento de área del líquido. La tensión superficial es numéricamente igual a la proporción de aumento de la energía superficial con el área y se mide en erg/cm2 o en dinas/cm. La energía superficial por centímetro cuadrado se representa con la letra griega gamma ( g ).

TENSIÓN SUPERFICIAL DE ALGUNOS LÍQUIDOS (a 20ºC)

nombre del líquido g en dinas/cm nombre del líquido g en dinas/cm

Acetona 23.7 Éter etílico 17.01

Benceno 28.85 n-Hexano 18.43

Tetracloruro de carbono 26.95 Metanol 22.61

Acetato de etilo 23.9 Tolueno 28.5

Alcohol etílico 22.75 Agua 72.75

Los valores de la tensión superficial mostraron que las moléculas superficiales tienen una energía aproximadamente 25 % mayor que las que se encuentran en el interior del fluido. Este exceso de energía no se manifiesta en sistemas ordinarios debido a que el número de moléculas en la superficie es muy pequeño en comparación con el número total del sistema.

En la práctica, los efectos de superficie son significativos para partículas que tienen un diámetro menor de 10-4 cm

Un método sencillo para realizar medidas relativas de la tensión superficial se basa en la formación de gotas.

La gota se desprende del tubo en el instante en el que su peso iguala a las fuerzas de tensión superficial que la sostiene y que actúan a lo largo de la circunferencia AB de contacto con el tubo. Debido a que la gota no se rompe justo en el extremo del tubo, sino más abajo en la línea A’B’ de menor diámetro y que no hay seguridad de que el líquido situado entre los niveles AB y A’B’ sea arrastrado por la gota, la fórmula a emplear es

P=k2p rg

Siendo P el peso de la gota, y k un coeficiente de contracción que se ha de determinar experimentalmente.

Esta es la denominada ley de Tate, el peso de la gota es proporcional al radio del tubo r y a la tensión superficial del líquido g .

La aplicación de esta ley nos permite realizar medidas relativas de la tensión superficial. Sabiendo la tensión superficial del agua podemos medir la tensión superficial del líquido problema. Llenamos un cuentagotas de agua cuya tensión superficial es g , y dejamos caer un número n de gotas sobre el platillo de una balanza, medimos su masa m.

Llenamos el mismo cuenta gotas con un líquido cuya tensión superficial es desconocida g’, dejamos caer el mismo número

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