FUERZA DE FRICCIÓN EN LIQUIDOS VISCOSIDAD

8/13/2019 FUERZA DE FRICCIN EN LIQUIDOS VISCOSIDAD

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INFORME N6: FUERZA DE FRICCIN EN LIQUIDOS: VISCOSIDAD

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL

CALLAOFACULTAD DE INGENIERA ELCTRICA Y ELECTRNICA

E. P. INGENIERA ELECTRNICA

ASIGNATURA : FISICA III

GRUPO/TURNO: 92G / 11:00 14:00

PROFESOR : RAMIREZ ACUA JHONY

INTEGRANTE : RUIZ RODRIGUEZ OMAR ARTEMIO 1113220574


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FUERZA DE FRICCIN EN LIQUIDOS: VISCOSIDAD Laboratorio de Fsica III

FUERZA DE FRICCIN EN LIQUIDOS VISCOSIDAD

I. OBJETIVOS Comprender las ecuaciones matemticas que gobiernan a este

fenmeno en los fluidos.

Estudiar la viscosidad de lquidos puros y mezclas de ellos. Determinar en forma cuantitativa el coeficiente de viscosidad de un

lquido en funcin de otro conocido a temperatura ambiente. Relacionar esta propiedad con la estructura de los lquidos utilizados.

II. EXPERIMENTO

A. MODELO FSICOLa viscosidad es el rozamiento interno entre las capas de fluido. Acausa de la viscosidad, es necesario ejercer una fuerza para obligara una capa de fluido a deslizar sobre otra.

En la figura 1, se representa un fluido comprendido entre una lminainferior fija y una lmina superior mvil.

La capa de fluido en contacto con la lmina mvil tiene la mismavelocidad que ella, mientras que la adyacente a la fija esta enreposo. La velocidad de las distintas capas intermedias aumentauniformemente entre ambas lminas tal como sugieren las flechas.Un flujo de este tipo se denomina laminar.Como consecuencia de este movimiento, una porcin de lquido queen un determinado instante tiene la forma ABCD , al cabo de uncierto tiempo se deformar adquiriendo la forma ABC D .Sean dos capas de fluido de rea S que distan dx y entre las cualesexisten una diferencia de velocidad dv .

Fi ura 1

Fi ura 2


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La fuerza por unidad de rea que hay que aplicar es proporcional algradiente de velocidad. La constante de proporcionalidad sedenomina viscosidad .

..........(1)

F dv

A dx

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

F v

A d

En la figura 3 se representan dos ejemplos de movimiento de unfluido a lo largo de una tubera horizontal alimentada por un depsitogrande que contiene lquido a nivel constante. Cuando el tubohorizontal est cerrado todos los tubos manomtricos dispuestos a lolargo de la tubera marcan la misma presin

0( rgh) . Al abrir el

tubo de salida los manmetros registran distinta presin segn sea eltipo de fluido.

FLUIDO IDEALUn fluido ideal (figura 3 de la izquierda) sale por la tubera con una

velocidad, 2v gh de acuerdo con el Teorema de Torricelli. Toda la

energa potencial disponible (debido a la altura h ) se transforma enenerga cintica. Aplicando la ecuacin de Bernoulli podemos

fcilmente comprobar que la altura del lquido en los manmetros escero.

FLUIDO VISCOSOEn un fluido viscoso (figura 3 de la derecha) el balance de energa esmuy diferente. Al abrir el extremo del tubo, sale fluido con unavelocidad bastante ms pequea. Los tubos manomtricos marcanalturas decrecientes, informndonos de las prdidas de energa porrozamiento viscoso. En la salida, una parte de la energa potencialque tiene cualquier elemento de fluido al iniciar el movimiento se ha

Figura 3


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transformado ntegramente en calor. EL hecho de que losmanmetros marquen presiones sucesivamente decrecientes nosindica que la pedida de energa en forma de calor es uniforme a lolargo del tubo.

LIQUIDO 210 / ( )h kg ms Aceite de ricino 120

Agua 0.105

Alcohol etlico 0.122

Glicerina 139.3

Mercurio 0.159

LEY DE POISEUILLEConsideremos ahora un fluido viscoso que circula en rgimen

laminar por una tubera de radio R y de longitud L , bajo la accin deuna fuerza debida a la diferencia de presin existente en losextremos del tubo.

2

1 2(p )F p r

Sustituyendo F en la frmula 1 y teniendo en cuenta que el rea A de la capas es ahora el rea lateral de un cilindro de longitud L yradio r.

2

1 2(p p ) r

2

dv

rL dx

El signo negativo se debe a que v disminuye al aumentar r.

PERFIL DE VELOCIDADESIntegrando esta ecuacin, obtenemos el perfil de velocidades enfuncin de la distancia radial, al eje del tubo. Se ha de tener encuenta que la velocidad en las parees del tubo r R es nula.

Tabla 1. Viscosidad de algunos lquidos

Figura 4


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02 21 2 1 2 (R r )

2 4

R

v r

p p p pdv rdr v

L L

que es la ecuacin de una parbola.

El flujo tiene por tanto un perfil de velocidad parablico, siendo lavelocidad mxima en el centro del tubo.

GASTOEl volumen de fluido que atraviesa cualquier seccin del tubo en launidad de tiempo se denomina gasto.El volumen de fluido que atraviesa el rea del anillo comprendidoentre ry r dr en la unidad de tiempo es (2* * * )V p r dr , donde v es la velocidad del fluido a una distancia r del eje del tubo y2* * *p r dres el rea del anillo, vase la parte derecha de la figura 4

El gasto se hallara integrando:

42 21 2 1 2

0 0

(p p ) R 2 (R r ) rdr

2 8

R Rp pG v rdr

L L

El gasto G es inversamente proporcional a la viscosidad y variaen proporcin directa a la cuarta potencia del radio del tubo R , y esdirectamente proporcional al gradiente de la presin a lo largo deltubo, es decir al cociente 1 2(p p ) L .

Si consideramos dos lquidos de volmenes iguales a la misma

temperatura observamos los tiempos 1 2,t t que emplean en atravesaruna seccin transversal del capilar del viscosmetro y recordandoque 1 2(p p ) es proporcional a la densidad del lquido, se puede

establecer que:

1 1 1

2 2 2

t

t

Fi ura 5


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D. VARIABLES INDEPENDIENTES

La longitud medida con la regla metlica.EL tiempo medido con el cronometro.Densidad del lquido.

E. VARIABLES DEPENDIENTES

La fuerza de viscosidad obtenida.El coeficiente de viscosidad.

F. RANGO DE TRABAJO

Cronometro: 1/60s.Termmetro: 1C

G. PROCEDIMIENTO

MEDICIONES DIRECTAS E INDIRECTAS

Agua20.1T C

Alcohol20.1T C

Ron de quemar20.1T C

N t t t1 17.44 11.69 11.752 17.96 11.68 11.69

3 17.28 11.43 11.824 17.60 11.85 11.865 17.82 11.88 11.89

t 0.55 0.36 0.16

2 2 2 2 2

1 2 3 4 5

n nt t t

t t t t t t

Tenemos de dato:3

3

3

1 /

0.79 /

0.82 /

agua

agua

ron de quemar

g cm

g cm

g cm

De teora:

1 1 1

2 2 2

t

t

Tabla 2


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2 12 1

2 2

**

*t t

Donde:

1 1 1, , t : Liquido desconocido.

2 2 2, , t : Liquido conocido.

a) Alcohol y agua:

1 1 1, , t : Alcohol.

2 2 2, , t : Agua.

Haciendo un ajuste por mnimos cuadrados, tenemos:

2 11.4979 0.1621t t

2 1

1 2

1.4979

Pero:3

2 1*10 Pa s

4

1 8.73*10 Pa s

b) Ron de quema y agua:

1 1 1, , t : Ron de quema.

2 2 2, , t : Agua.

Haciendo un ajuste por mnimos cuadrados, tenemos:

2 11.4545 0.3491t t

2 1

1 2

1.4545

Pero: 32 1*10 Pa s

4

1 8.38*10 Pa s


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H. CUESTIONARIO

1. Determine el coeficiente de viscosidad del agua y delalcohol. Las discrepancias de los resultados obtenidos encomparacin con el de las tablas A qu factores cree

usted que se deba?Se puede ver afectado por la temperatura, presin, volumendel recipiente y el tiempo medido por el cronometro.

2. La viscosidad de los lquidos depende fundamentalmentede la temperatura, observndose una disminucin muyrpida al incremento de la misma. Entonces, en el tiempode verano, para el vehculo Qu lubricante recomienda?

Segn los expertos los lubricantes sintticos son la mejoreleccin como tambin se puede usar la grasa especial paramotores a alta temperatura, aceite multigrado de altastemperaturas, etc.

3. Determine el coeficiente de viscosidad de la mezcla,analice resultados.

La viscosidad es dada por la experiencia, por el ron dequemar ya que no se hizo la mezcla de alcohol y agua.

III. CONCLUSIONES

Se observa que la viscosidad es independiente de la presin perodependiente de la temperatura. Las viscosidades de los lquidos y gasesestn en funcin de la temperatura.En el caso de los lquidos, la viscosidad aumenta cuando disminuye latemperatura, es por eso que para lubricar los autos durante climas fros, elaceite deber tener un grado ms bajo de viscosidad en invierno que enverano.

IV. BIBLIOGRAFA

1. Frish-Timovera; Fsica General, Tomo 1, MIR.1987

2. Tipler; Fsica, Vol. 1, REVERTE S.A. 1998

3. Gua de Laboratorio FISICA II - Universidad Nacional del Callao

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