INTRODUCCIÓNLa viscosidad de un líquido es la oposición que este presenta ante el flujo. Causada por grandes fuerzas intermoleculares que hacen que las moléculas ejerzan grandes fuerzas de rozamiento unas sobre otras. Tal como en la tensión superficial la fuerza intermolecular se ven afectadas por la inducción de energía térmica, sin embargo hay líquidos que escapan a esta regla por la utilización de aditivos o por sus propiedades naturales. Entre más cerca del centro superficial del líquido se encuentren las moléculas estás fluirán con una relativamente menor viscosidad (fluirán con mayor facilidad). Notación: la densidad de un fluido cualquiera viscoso o no, es la explicación de sus fuerzas intermoleculares y no al revés. Las fuerzas intermoleculares determinan el volumen ocupado por cierta cantidad de masa de sustancia, y este volumen a su vez determina o condiciona el valor de la densidad. OBJETIVOS Determinación de la viscosidad de ciertos líquidos. Verificación de la viscosidad con respecto a los cambios de temperatura MARCO TEÓRICO El estudio de los fluidos en movimiento es un problema complejo y en el que la viscosidad juega siempre un papel fundamental, aunque las teorías más elementales ignoran sus efectos, suponiendo que el líquido se puede dividir en capas se deslizan unas sobre las otras sin encontrar ninguna resistencia. En realidad esto dista mucho de ser verdad, y en el movimiento se desarrollan unas fuerzas tangenciales tan grandes que algunas veces éste se lleva a cabo con gran dificultad. Esto sucede por ejemplo con aceites muy pesados. Por el contrario, otras veces estas fuerzas son muy pequeñas y el líquido fluye entonces fácilmente como sucede con el agua o el alcohol. Este “grado de fluidez” se caracteriza por un coeficiente típico de cada sustancia que se llama coeficiente de viscosidad o viscosidad dinámica. Un sólido amorfo no es en realidad más que un líquido cuya viscosidad dinámica es enormemente grande. Fue Newton el que dio la expresión de la fuerza de viscosidad: “La fuerza tangencial que una capa ejerce sobre la contigua es proporcional al área de la superficie de contacto y al gradiente de la velocidad normal a la dirección de deslizamiento”. V son constantes para un tubo determinado. ∆ p=ρ gh. Esta unidad se llama poise (1 stokes = 10 poise). n Donde n es el coeficiente de viscosidad. Esto es Como R.F = ( dv/dz) S. El fundamento de la mayor parte de los viscosímetros que se utilizan en la práctica es la fórmula de Poiseuille (ver el Apéndice). que nos da el caudal Q (volumen de fluido por unidad de tiempo) que atraviesa un capilar de radio R y longitud l entre cuyos extremos se ha aplicado una diferencia de presiones ∆ p donde n es la viscosidad del fluido. La viscosidad cinemática es el cociente entre la viscosidad dinámica y la densidad. esto es. aunque es corriente también utilizar la unidad de viscosidad en el antiguo sistema CGS. l. haciendo K=Π R4/(8lV) se tiene Si el líquido fluye únicamente por acción de la gravedad en un tubo situado verticalmente. la presión ∆ p es la que ejerce la columna de líquido. Su unidad en el sistema SI es el stokes. siendo ρ la densidad del liquido y h la altura de la columna. Por tanto n= Kρ ght y como también h es una constante para un tubo determinado podemos escribir: n= Kρ ´t (4) . A continuación se dan los valores de la viscosidad del agua para varias temperaturas. El viscosímetro de Ostwald permite un cálculo rápido (aunque no de máxima precisión) de la viscosidad relativa de un líquido midiendo los tiempos que un mismo volumen de dos líquidos tarda en pasar entre las marca M1 y M2 . Vamos a considerar 20°C como temperatura ambiente. Normalmente se determinan las viscosidades relativas referidas al agua.El valor de K´ depende por tanto de la geometría de cada viscosímetro en concreto y suele darlo el constructor. La viscosidad del agua debe buscarse en las tablas en que aparece su variación con la temperatura. Para e lagua se tendrá: nH2O= K ρ ´H2O t Para otro líquido cualquiera: n1= Kρ t´ La viscosidad dinámica será: n1= nH2O (ρ t´/ρ H2O t) (5) Así pues. podemos conocer la viscosidad dinámica de un líquido midiendo su densidad y la razón entre los tiempos que tarda en fluir el mismo volumen de líquido y de agua. aunque puede determinarse utilizando un líquido de viscosidad conocida. . Cuando se comience a trabajar tanto con el líquido como con el agua el viscosímetro debe estar limpio y seco. Se aspira por la rama B hasta que el nivel del agua sobrepase la ampolla superior procurando que no queden burbujas de aire. obteniéndose el valor medio t´. Se deja caer el agua y se cuenta el tiempo que tarda en pasar entre los niveles M1 y M2.El viscosímetro de Ostwald está formado por un capilar unido por su parte inferior a una ampolla L y por su parte superior a otra ampolla S. A continuación se procede de manera análoga con el líquido cuya viscosidad se desea conocer. Se llena la ampolla inferior L de agua introduciéndola por A. Una vez obtenidos los tiempos se calcula el valor de la viscosidad dinámica (ecuación 5). Se repite esta operación varias veces y se calcula el valor medio de los tiempos. t. 002 p 71.42 s 65.87 s 35. El alcohol posee una densidad de 790 kg/m3 y reemplazamos en la ecuación: 1000 kg 3 ( 35. luego soplamos hasta que el líquido supere la señal superior y así dejarlo caer y tomar el tiempo entre la marca superior e inferior. Esto lo realizamos introduciendo el líquido hasta llenar la protuberancia inferior. Tomamos el tiempo que tarda el menisco del agua en pasar de a hasta b.18 s 66. Tiempo η promedi (poises) o 35.02 s 100.225 s 34.46 s 71.002 p kg ηOH 790 ( 65.129 p cálculos usamos la siguiente ecuación: Tiempo 2 Tiempo 3 • • • Temperatura: 20 oC Sustanci a Tiempo 1 Agua 34.PROCEDIMIENTO • • El objetivo con este experimento es obtener la viscosidad de diferentes líquidos en comparación con la viscosidad del agua.69 s 149.93 s Alcohol 64. Para poder realizar dicho comparación tenemos que considerar el valor de la viscosidad ya establecido a la temperatura de 20 oC y la densidad de este que es de 1000 kg/m3.55 p m = ⇒ ηOH = 149. llamándoseles a y b respectivamente.08 s Para realizar los η1 ρ1t1 = η 2 ρ2t 2 En η1 usamos los datos del agua para realizar la comparación.55 p 66.69 s 216.18 s ron 71.81 s 71. Luego de obtener un promedio de los tres tiempos limpiamos el viscosímetro para poder realizar el mismo procedimiento con el alcohol y el ron.69s ) m3 ( ( ) ) El ron posee una densidad de 1050 kg/m3 y reemplazamos en la ecuación: .02 s ) 100. ( ( ) ) .55 p m = ⇒ η ron = 216.69s ) m3 Se corrobora lo buscado en el experimento al ver que a mayor viscosidad hay un mayor tiempo de filtrado en el viscosímetro de Oswald.129 p kg η ron 1050 ( 71.1000 kg 3 ( 35.02s ) 100. CUESTIONARIO 1. del orden de 1-15 Pa. es decir. se consiguen esfuerzos de cizalla bastante bajos. Algunos casos en fluidos muy viscosos o cuando se pretenden usar en fluidos no newtonianos se suele aplicar una presión externa. las moléculas comienzan a chocar entre ellas y las paredes. así que en este caso la viscosidad aumenta al aumentar la temperatura. La cohesión parece ser la causa predominante de la viscosidad en un liquido. por lo tanto su viscosidad disminuirá . para gases confinados (encerrados en tuberías o recipientes). las moléculas de esté por efecto del aumento de la temperatura tienden a tener un movimiento vibratorio mayor. Explicar desde un punto de vista de microscópico (interacción entre partículas) porque la viscosidad disminuye con la temperatura. Cuáles son las limitaciones del viscosímetro de Oswald No da máxima precisión: El viscosímetro de Ostwald permite un cálculo rápido de la viscosidad relativa de un líquido midiendo los tiempos que un mismo volumen de dos líquidos tardan en pasar entre las marcas. pero esto no es preciso pues no siempre se dejan de cometer incertidumbres sistemáticas. un liquido. las moléculas. pueden circular más libremente y se reduce la "fricción" entre ellas. Discutir posibles aplicaciones prácticas de este hecho. tienen fuerzas cohesivas mucho mayor que un gas. La fuerza impulsora es normalmente la presión hidrostática del líquido del que se va a medir la viscosidad. en el caso de no aplicar una presión externa. en este caso hablamos de fluidos. la viscosidad aumenta con la temperatura debido que las moléculas comienzan a separarse poco a poco (expansión térmica). En general para los líquidos. al hacer esto. cuyas moléculas dejan espacios entre ellas mucho mas cerradas que las de un gas. y ya que la cohesión decrece con la temperatura. 3. la viscosidad decrece también. Entonces al aumentar la temperatura de cualquier cosa. esta fricción es precisamente la viscosidad en los fluidos. En algunos casos usamos las formulas η = K t y ν= η / ρ= C t con el que se puede conocer la viscosidad del liquido (K y C son constantes características del viscosímetro y ν es la viscosidad del fluido) en el caso de que no se conozcan sería necesario calibrar el viscosímetro con fluidos de viscosidad conocida. al intentar separarse más y no poder por las paredes que las rodean. Por otra parte. Porque los médicos cuando un paciente tiene presión alta recetan un vaso dilatador. y por el otro se logra disminuir la viscosidad del crudo. para prevenir o tratar la angina (dolor de pecho) 3. con lo que se hace más sencilla su extracción. por un lado se aumenta la presión en la bolsa de crudo para que siga ascendiendo libremente. para pacientes con insuficiencia cardíaca 2. Esto permite que la sangre circule más fácilmente. ya que fluye con facilidad. el consumo de energía es mayor y el desgaste puede ser mayor por falta de circulación. Esto reduce la presión sanguínea y permite que más sangre llegue a los tejidos. La viscosidad es la característica más importante de la lubricación de cualquier maquina. Cuando la sangre circula mejor. Los vasodilatadores se usan más comúnmente: 1. Los vasodilatadores relajan y expanden los vasos sanguíneos. su corazón no tendrá que trabajar tanto. . para poder disminuir la fricción y el excesivo rozamiento entre sus componentes vitales • Inyección de Vapor: Se emplea en yacimientos con petróleo muy viscoso utilizando un sistema de inyección de vapor consiguiéndose dos factores. 6. Explique Los vasodilatadores son medicamentos que abren (dilatan) las paredes de los vasos sanguíneos. para controlar la alta presión sanguínea.El aceite tiene la difícil tarea de mantener el motor lubricado.Aplicaciones prácticas Aceites: Un aceite de alta viscosidad resiste mas al aumento de temperatura generado por la combustión del motor. Si la viscosidad del aceite es muy alta para la aplicación. Las mujeres que fuman y usan anticonceptivos orales aumentan considerablemente su riesgo. . Los vasos sanguíneos se debilitan con los años y pierden su elasticidad. accidentes cerebros vasculares y fallas renales. la hostilidad y otras características de la personalidad contribuyen a la hipertensión. Cuáles son las causas que hacen que la presión arterial de una persona se incremente. como: 1.Se enfrenta a niveles altos de estrés. Si no se la trata. Explique Causas: . En las mujeres el riesgo es mayor después de los 55 años. Según los expertos. la alta presión sanguínea aumenta el riesgo de ataques de corazón.Lleva una alimentación alta en grasas saturadas.Tiene más de 60 años. . . y la enfermedad suele aparecer a menor edad y ser más grave.Lleva una alimentación alta en sodio (sal). y de comer una dieta grasa y baja en fibra. . la ira. pero los resultados no han sido siempre uniformes. . .En hombres.Sufre de sobrepeso u obesidad. . nitroglicerina y nitratos 2. . . 7.Es afroamericana. Los vasodilatadores se pueden usar en combinación con otros tipos de medicamentos. El cigarrillo daña los vasos sanguíneos. el estrés. Según algunos estudios. hidralazina (Apresoline) 3. Hay varios tipos de vasodilatadores.Otras causas de la tensión arterial alta son un exceso de sal común.Usa productos de tabaco.Usa anticonceptivos orales. La alta presión sanguínea hace trabajar más al corazón y puede debilitar las arterias. o cuando otros medicamentos no han funcionado. insuficiencia cardíaca. .Tiene antecedentes familiares de hipertensión. . el consumo moderado es un promedio de una o dos bebidas por día para los hombres y de una bebida por .Estos medicamentos se pueden usar para tratar otros problemas de acuerdo al criterio de su profesional médico. Los afroamericanos tienen una mayor incidencia de hipertensión arterial que los blancos.Bebe más de una cantidad moderada de alcohol. para controlar su presión sanguínea o la insuficiencia cardiaca. Los factores emocionales muy probablemente contribuyan al riesgo de ciertas personas que presentan otros factores de riesgo de hipertensión. minoxidil (Loniten). Fondo Educativo Interamericano • Serway (1993): FISICA. CONCLUSIÓN. pero no por esto la naturaleza de sus fuerzas de adhesión y cohesión será la misma.Mark Zemansky . 8. 4 onzas líquidas (118 ml) de vino o 12 onzas líquidas (355 ml) de cerveza. whisky americano o escocés.5 onzas líquidas (44 ml) de bebidas espirituosas de una graduación alcohólica de 40° (80 proof) (p. La masa de dos líquidos viscosos puede ocupar el mismo volumen en el espacio.día para las mujeres.Hugh Young . . 1 onza líquida (30 ml) de bebidas espirituosas de una graduación alcohólica de 50° (100 proof). otra solución es que se reduzca un poco su volumen de sangre. y no ogra recuperar su valor inicial.Roger Freedman (1986): FISICA UNIVERSITARIA (undécima edición vol.Es diabética. vodka. para disminuir la presión arterial de un paciente. Qué alternativas propondrías usando la ley de Poiseville. También podría ser dándole algo para que la viscosidad de la sangre no sea muy elevada.1). De algún modo las fuerzas intermoleculares de un líquido viscoso se ven afectadas por los cambios de temperatura y no logran recuperarse o la energía cinética que se le induce a las moléculas permanece en ellas.). . FUENTES DE INFORMACIÓN • Francis Sears . ej. Una bebida se define como 1. Tomo I. La viscosidad de un líquido es afectada por la variación de temperatura. Moscú . Explique Lo que se podría hacer es darle un vasodilatador al paciente para aumentar el radio de sus arterias y así la sangre fluya más rápido. etc. porque también mientras lo hace en menor tiempo también disminuye el caudal ya que son inversamente proporcionales. Editorial Mir.Es físicamente inactiva. ginebra.