ONDAS

INTRODUCCION

La fuerza de fricción en líquidos es en una sola palabra la viscosidad que es la resistencia de un fluido al movimiento. A lo largo de la historia el hombre ah evolucionado avanzando diversas barreras, el periodo climatérico cuando las temperaturas eran bajo cero se vio obligado a realizar largos viajes en busca de refugio y comida, uno de los obstáculos que tuvieron que sobrepasar fue caminar sobre el hielo donde se fácilmente se puede hundir, o cruzar los lagos congelado desde ese momento se puede decir que el hombre obtiene conocimiento de la fricción de los líquidos ya que observarían que es más sencillo y rápido caminar sobre agua a temperatura normal que en agua fría. Sin embargo en esta experiencia no trataremos la viscosidad a partir del agua sino del aceite que a simple vista observación que opone resistencia al movimiento.

Con la ayuda del programa Data Studio se determinara la “fuerza de fricción en líquidos” tomando como criterio de evaluación el tiempo que demoran las bolitas de metal en viajar 20 cm a lo largo del tubo con aceite. Una vez terminado y analizado el experimento observamos que a mayor tamaño (volumen) menor tiempo de viaje, cabe recalcar que según el arreglo experimental se hace en caída.

OBJETIVOS

Determinar el coeficiente de viscosidad de un líquido usando el método de Stokes.

Determinar experimentalmente la velocidad límite, VL de una esferilla cuando se mueve en un fluido líquido (aceite).

FUERZA DE FRICCION DE LIQUIDOS

En los líquidos, el pequeño rozamiento existente entre capas adyacentes se denomina viscosidad. Es su pequeña magnitud la que le confiere al fluido sus peculiares características; así, por ejemplo, si arrastramos la superficie de un líquido con la palma de la mano como hacíamos con la goma de borrar, las capas inferiores no se moverán o lo harán mucho más lentamente que la superficie ya que son arrastradas por efecto de la pequeña resistencia tangencial, mientras que las capa s superiores fluyen con facilidad. Igualmente, si revolvemos con una cuchara un recipiente grande con agua en el que hemos depositado pequeños trozos de corcho, observaremos que al revolver en el centro también se mueve la periferia y al revolver en la periferia también dan vueltas los trocitos de corcho del centro; de nuevo, las capas cilíndricas de agua se mueven por efecto de la viscosidad, disminuyendo su velocidad a medida que nos alejamos de la cuchara.

Cabe señalar que la viscosidad sólo se manifiesta en fluidos en movimiento, ya que cuando el fluido está en reposo adopta una forma tal en la que no actúan las fuerzas tangenciales que no puede resistir. Es por ello por lo que llenado un recipiente con un líquido, la superficie del mismo permanece plana, es decir, perpendicular a la única fuerza que actúa en ese momento, la gravedad, sin existir por tanto componente tangencial alguna.

Si la viscosidad fuera muy grande, el rozamiento entre capas adyacentes lo sería también, lo que significa que éstas no podrían moverse unas respecto de otras o lo harían muy poco, es decir, estaríamos ante un sólido. Si por el contrario la viscosidad fuera cero, estaríamos ante un superfluido que presenta propiedades notables como escapar de los recipientes aunque no estén llenos.

Un fluido más viscoso tiene mejor capacidad para suspender los detritos de la roca y transportarlos hacia la superficie. Sin embargo, se necesita más presión para bombear los fluidos muy viscosos, provocando un desgaste natural adicional del equipo de perforación. Además, los fluidos viscosos son más difíciles de separar de los detritos.

Una manera de probar la viscosidad de un líquido es observando cuánto tarda un objeto para hundirse en ese líquido. También puedes comparar las viscosidades comparando los diferentes tiempos de hundimiento para los diferentes líquidos.

La Ley de Stokes se refiere a la fuerza de fricción experimentada por objetos esféricos moviéndose en el seno de un fluido viscoso en un régimen laminar de bajos números de Reynolds. Fue derivada en 1851 por George Gabriel Stokes tras resolver un caso particular de las ecuaciones de Navier-Stokes. En general la ley de Stokes es válida en el movimiento de partículas esféricas pequeñas moviéndose a velocidades bajas.

La ley de Stokes puede escribirse como:

donde R es el radio de la esfera, v su velocidad y η la viscosidad del fluido.

La condición de bajos números de Reynolds implica un flujo laminar lo cual puede traducirse por una velocidad relativa entre la esfera y el medio inferior a un cierto valor crítico. En estas condiciones la resistencia que ofrece el medio es debida casi exclusivamente a las fuerzas de rozamiento que se oponen al deslizamiento de unas capas de fluido sobre otras a partir de la capa límite adherida al cuerpo. La ley de Stokes se ha comprobado experimentalmente en multitud de fluidos y condiciones.

Si las partículas están cayendo verticalmente en un fluido viscoso debido a su propio peso puede calcularse su velocidad de caída o sedimentación igualando la fuerza de fricción con el peso aparente de la partícula en el fluido.

donde:

Vs es la velocidad de caída de las partículas (velocidad límite)

g es la aceleración de la gravedad,

ρp es la densidad de las partículas y

ρf es la densidad del fluido.

η es la viscosidad del fluido.

r es el radio equivalente de la partícula.

Es importante recordar que la ecuación de Stokes es un modelo de comportamiento de fluido con deformación que supone que existe una relación lineal entre el esfuerzo de corte aplicado al fluido y el gradiente de velocidad que se produce en el mismo. Existen fluidos cuyo comportamiento puede ser representado con bastante exactitud por el modelo de Stokes y se los denomina fluidos newtonianos. Son fluidos newtonianos (cumplen con el modelo) todos los gases, la mayoría de los líquidos simples y los metales fundidos. Los fluidos que no cumplen la ley de Newton de la viscosidad se denominan no-newtonianos y su estudio es el objetivo de una ciencia llamada reología.

La expresión matemática que representa la relación que existe entre el gradiente de velocidad en un fluido y el tensor esfuerzo viscoso originado se denomina ecuación constitutiva de ese fluido. En forma generalizada se escribe como:

Otros comportamientos reológicos

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