Fundamentos De Fluidos Y Termodinámica

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS

ÁREA DE FÍSICA

FUNDAMENTOS DE FLUIDOS Y TERMODINÁMICA – MA1021

GUÍA N°3

1. TÍTULO DE LA PRÁCTICA: LEY DE STOKES

2. OBJETIVO GENERAL

Verificar la ley de Stokes para movimiento de partículas en fluidos laminares

2.1. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Determinar la fuerza viscosa en términos de la dirección y la velocidad de la partícula (esfera)

• Determinar a partir de la ley de Stokes, como modelo óptimo de aproximación el coeficiente de viscosidad cinemática de un aceite

• Inferir las restricciones que tienen las variables de la ecuación de Stokes

3. PREGUNTAS

a) En mecánica de fluidos, que se entiende por la Ley de Stokes.

b) Como se define la fuerza de rozamiento (Fr) y velocidad límite (VL) según la Ley de Stokes.

Considere la máquina de Atwood. La masa M1 es una esfera que está sumergida en un fluido y M2 se encuentra en el aire. Sistema similar a la Fig. 1 del procedimiento experimental.

c) ¿Qué fuerzas actúan en este sistema?

d) Determine el sistema de ecuaciones correspondiente al sistema.

e) Halle la expresión matemática de la velocidad límite (VL) en función de la tensión y el empuje.

4. MARCO TEÓRICO

Temas a estudiar antes de la práctica de laboratorio

• Fluido laminar

• Número de Reynolds

• Principio de Arquímedes

• Dinámica de cuerpos rígidos

• Velocidad Límite

• Densidad

• Viscosidad dinámica y cinemática

5. MATERIALES

• Balanza digital

• Probeta de 500 ml

• Calibrador

• Porta pesas

• Pesas

• Soporte universal

• Poleas inteligentes

• Soporte universal

• Nuez doble

• Varilla

• Cronómetro

• Regla

El estudiante debe traer:

• Hilo

• Aceite de motor SAE 40/50 (1/4)

• 3 esferas de 1, 2 y 3 cm de diámetro con sistema de sujeción. Es decir, las esferas deben traerlas sujetas a un hilo mediante pegamento.

• Cinta pegante

• Detergente

• Toallas de cocina

NOTA: Al finalizar la práctica todos los implementos deben estar limpios y secos

6. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

6.1. Usando la balanza digital, determine la masa (M) de cada una de las esferas y con la ayuda del calibrador mida el diámetro (d) de cada una de ellas. Registre los valores en la tabla N° 1 y determine el volumen (V) y su incertidumbre (V) correspondiente.

Tabla N° 1: Parámetros de las esferas

Esferas M (g) R (cm) V (cm3) V (cm3)  (g/cm3)

1

2

3

6.2. Complete la tabla calculando la densidad () de cada esfera.

6.3. Realice el montaje experimental que se muestra en la Figura 1

Figura 1: Montaje Experimental.

6.4. Ubique el porta pesas lo más cerca posible de la polea, de manera tal, que la esfera N°1 quede situada al fondo de la probeta, cerca de la base.

6.5. Para medir el desplazamiento vertical (Y) que realiza la esfera N°1 dentro del fluido, marque con la cinta pegante dos (2) posiciones en la probeta: posición inicial (Yi) y posición final (Yf).

6.6. Halle el desplazamiento vertical (Y) como: Yf - Yi. Recuerde que esta longitud es CONSTANT durante todo el experimento

6.7. Luego, coloque en el porta pesas un contrapeso (Mc) de 5 gramos y verifique que el sistema rompa la inercia. Si esto no sucede, aumente a 10 gramos.

6.8. Cuando esto ocurra, libere el sistema y mida el tiempo (t) que tarda la esfera N°1 en recorrer

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