Medida de la viscosidad de un fluido

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Dinámica
El rozamiento por 
deslizamiento
Medida del coeficiente
dinámico
Medida del coeficiente
estático
Movimiento circular
Trabajo y energía
Conservación de la
energía (cúpula)
Trabajo y energía
(el bucle)
Sistema de partículas
Choques frontales
Péndulo balístico
Choques bidimensionales
Movimiento de una esfera
en un fluido viscoso
marca.gif (847 bytes)Medida de la viscosidad
  de un fluido
Descenso de un
paracaidista
Movimiento de un sistema
de masa variable
Movimiento de un cohete
en el espacio exterior

Cinemática
Movimiento rectilíneo
y uniforme
Unidades y medidas
Sistema Internacional 
de Unidades
Descripción

java.gif (886 bytes) Actividades

 

Introducción

La medida de la viscosidad de un fluido es una práctica muy ilustrativa para los estudiantes de un curso introductorio de Física, ya que han de realizar medidas con distintos instrumentos:

  • Del diámetro de un perdigón que tiene forma esférica con un calibre o con un micrómetro.
  • De la densidad del material con el que están hechos los perdigones (plomo) con una balanza hidrostática.
  • De la densidad del fluido con un aparato denominado aerómetro o densímetro.
  • Finalmente, con un cronómetro el tieempo que tarda la pequeña esfera en recorrer una distancia dada en el interior del tubo vertical que contiene el fluido.

En la simulación de esta experiencia, supondremos que conocemos los datos de la densidad del material del que están hechos los perdigones y la densidad del fluido (aceite de automóvil).

El programa genera aleatoriamente el valor del diámetro de un perdigón entre determinados límites. El usuario solamente tiene que dejar caer la bolita en la columna de fluido (pulsando el botón Empieza), y medir el tiempo que tarda dicha esfera en desplazarse entre dos marcas, pulsando en los botones que ponen en marcha y paran el cronómetro respectivamente. La distancia entre las marcas se puede modificar actuando con el ratón sobre la flecha inferior, la flecha superior es fija.

Una vez determinado el tiempo, se usa la calculadora para obtener el valor de la viscosidad a partir de la fórmula de la velocidad límite constante.

 

Descripción

Supondremos que la bolita ha alcanzado la velocidad límite constante cuando pasa por la marca superior, momento en el que se empieza a contar el tiempo. El valor de dicha velocidad se obtiene dividiendo el desplazamiento x entre el tiempo en el que tarda el móvil en desplazarse t.

La fórmula de la velocidad límite se obtiene cuando la resultante de las fuerzas que actúan sobre la bolita es cero.

El lector deberá de poner todos los datos en el Sistema Internacional de unidades de medida: la velocidad en m/s, la densidad en kg/m3 (se proporciona el dato de la densidad en g/cm3). El radio de la esfera en m (se proporciona el valor del diámetro en mm). Finalmente, se despejará la viscosidad h y se expresará en las unidades correctas.

 

Actividades

   Experimentar con bolitas de distinto diámetro.

  • Anotar para cada experiencia la distancia entre marcas (por defecto la distancia entre marcas es de 50 cm), el tiempo, y los datos sobre el fluido y los referentes al material del perdigón. Completando la siguiente tabla.

Densidad del fluido 0.88 g/cm3 = 880 kg/m3
Densidad del plomo 11.35 g/cm3 = 11350 kg/m3

Diámetro (m) Desplazamiento (m) Tiempo (s) Velocidad límite (m/s) Viscosidad (kg/ms)
         
         
         
         
         
  • Hallar el valor medio de los valores obtenidos de la viscosidad.

Nota: la viscosidad del fluido está establecida por el programa mediante números aleatorios dentro de ciertos límites. Por tanto, los valores de la viscosidad obtenidos no coincidirán en general para dos usuarios distintos, ni cuando se repite la práctica simulada (en la práctica real las condiciones ambientales han podido cambiar).

ViscosidadApplet aparecerá en un explorador compatible con JDK 1.1.

 

Instrucciones para el manejo del programa

Pulsar en el botón Empieza para depositar una bolita en la columna de fluido. Las bolitas tienen un diámetro que está establecido por el programa mediante números aleatorios dentro de ciertos límites.

Cuando la bolita pase por la marca superior, pulsar el botón que pone En marcha el cronómetro.

Cuando la bolita pase por la marca inferior, pulsar el botón que Para el cronómetro.

Modificar si se desea la distancia entre las marcas en el tubo de fluido, pulsando el botón izquierdo del ratón cuando el puntero está sobre la marca inferior. Mantener pulsado el botón izquierdo del ratón, y arrastrarlo, hasta llevar la flecha a la posición deseada. Finalmente, se deja de pulsar el botón izquierdo del ratón.

Pulsar el botón titulado Resultado para comparar el valor calculado de la viscosidad y el valor generado por el programa interactivo.