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Informe de Laboratorio
Curso: FÍSICA III.
Laboratorio #: 4. Grupo #: 2.
VISCOSIDAD EN FLUIDOS
Paez B^1 , Riaño D^1 , Tovar C^1.
(^1) Ing. Civil, Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja, Colombia. Resumen: Cuando escuchamos el término viscosidad quizá a todos se nos viene a la cabeza algún fluido o elemento que denominamos como viscoso, gelatina, algún gel; Existe una infinidad de ejemplos con dicha capacidad pero en realidad no tenemos un concepto claro de que es viscosidad, en esta práctica con ayuda de la glicerina comprenderemos este factor comprende la resistencia que opone algún fluido al desplazamiento de un elemento externo, observamos como una esfera de metal con una masa no mayor a 6 gr tenía un tiempo de caída de unos 5 segundos aproximadamente, cuando en contacto simple con el aire llegaría a durar entre 1 a 2 sg la caída, mostrándonos así como entre sustancias su viscosidad si produce cambios de velocidad interesantes y notables. Palabras Clave: Viscosidad, masa, fluido, aceleración, velocidad. I. INTRODUCCIÓN La viscosidad, como se mencionó anteriormente suele ser un término muy común y que todos en teoría conocemos pero su concepto es mucho más profundo, la densidad se puede entender como la resistencia que opone algún fluido al movimiento, aunque este término se desglosa en subterminos como velocidad, tamaño, densidad, etc. Además de que es importante tener en cuenta que existen ₀diferentes fluidos con diferentes características que pueden hacer que resulten más o menos viscosos[1, 2]. Figura 1: Ejemplo de fluidos con diferente viscosidad (agua y melaza). En el caso de esta práctica se hizo uso de un sistema en el cual dejamos caer dentro de algún fluido, en este caso glicerina la cual se encuentra en un recipiente de forma tubular, así pues, en este sistema actúan 3 fuerzas, la primera sería la fuerza de gravedad, otra de ellas siendo la fricción y por último con estos datos intentamos hallar la viscosidad[2, 3]. Figura 2: Ejemplo de sistema con líquido en recipiente tubular. Para calcular los datos anteriormente mencionados ocupamos el uso de algunas fórmulas, la primera de ellas (1) nos permite hallar la velocidad de las láminas intermedias en un fluido laminar[4]:
siendo 𝑣₀es la velocidad de la lámina superior tomándose la inferior como en reposo, d es la separación de estas láminas e y corresponde a la distancia entre una de las láminas superiores y la inferior[4]. La siguiente fórmula (2) nos ayuda a calcular la fuerza que se le aplica a dicho sistema laminar para que tenga movimiento en una unidad de superficie[4]:
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Aquí F corresponde a la fuerza aplicada y A corresponde a el área de una de las láminas[4]. Encontramos otra fórmula la cual nos permite diferenciar líquidos newtonianos de no newtonianos, entendiéndose que los fluidos no newtonianos son aquellos que poseen la capacidad de cambiar su viscosidad dependiendo de la temperatura y la presión cortante que se les aplique[4, 5].
En la fórmula mostrada anteriormente (3), ƞcorresponde al coeficiente de viscosidad, valor que se representa en pascales por segundo (Pa s)[4]. Las siguientes fórmulas nos hablan de valores en una situación en la cual se introduce un elemento en un fluido contenido en un recipiente tubular, en esta primera fórmula observaremos cómo hallar la velocidad constante o límite que consigue el elemento en caída libre dentro del fluido[4].
2𝑔(𝑝𝑜 − 𝑝𝑙)𝑅^2 9ƞ En esta fórmula g corresponde al valor de la gravedad, 𝑝𝑜es la densidad del objeto esférico, 𝑝𝑙la densidad del líquido y el radio de la esfera[4]. II. EXPERIMENTAL El objetivo de esta práctica es identificar la viscosidad de un fluido, en este caso glicerina, esto lo haremos introduciendo en un recipiente tubular glicerina y dentro de esta introduciremos una esfera metálica, midiendo su velocidad de caída libre en intervalos varias ocasiones, para así calcular en oficina la viscosidad y poder comparar dicho valor con el valor teórico de la misma, consiguiendo así el porcentaje de error. El primer paso fue medir con un calibrador el radio de las esferas para conocer así su diámetro, también se debe medir el diámetro del tubo, y con estos datos se debe hallar el volumen del recipiente y de cada una de las dos esferas. Figura 3. medición de diámetro de esfera con calibrador. Luego de esto mediremos la masa de cada esfera con ayuda de una báscula y así conseguir hallar la densidad de la esfera con el volumen hallado anteriormente. Figura 4. esfera metálica siendo pesada con báscula. también se debe medir hasta qué altura se lleno el tubo de glicerina para saber cuanta glicerina en términos de volumen usaremos. Figura 5. tubo de cristal con glicerina en su interior.
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imagen 3: tablas de resultados de la esfera 1 Discusión En esta imagen se puede ver mejor y ordenadamente los resultados de cada región dando discusiones más acertadas. imagen 4: cálculos de esfera 2 Discusión al desarrollar los cálculos nos damos cuenta que la esfera al tener más volumen y masa está dura menos tiempo en hacer el mismo recorrido. imagen 5: tabla de resultados esfera 2 Discusión en esta tabla se pueden apreciar mejor los resultados obtenidos por la esfera 2 IV. CONCLUSIONES Como se mencionó anteriormente el objetivo de este laboratorio era comprobar la existencia de la viscosidad en fluidos y observar cómo funciona, observamos como la glicerina puntualmente es bastante viscosa ya que ralentizaba bastante la caída de la esfera. También se consiguió observar el espectro creado por el paso de la esfera de metal, espectro observado anteriormente en la guía de laboratorio, es importante aclarar que se debe estar bastante atento y tener muy buena iluminación para conseguir observar dicho espectro. Observamos que la esfera menos densa bajaba a una velocidad un poco menor en comparativa, esto debido a que su densidad suponía menos presión en el fluido. Es importante recalcar que este experimento requiere de mucha atención debido a que el proceso sucede de una manera relativamente rápida y si se quiere obtener una toma de datos certera es fundamental observar los segundos y la posición de manera muy precisa. observamos también que en los primeros intervalos la velocidad de la esfera era mucho mayor, esto confirmando la presencia de viscosidad y además la teoría que menciona que la velocidad se terminará estabilizando en algún punto
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V. REFERENCIAS
[1] Ortiz-Domínguez, M., & Cruz-Avilés, A. (2022). Viscosidad de un fluido. “ Ingenio y Conciencia Boletín Científico de la Escuela Superior Ciudad Sahagún , 9” (17), 77-84. Tomado de: https://repository.uaeh.edu.mx/revistas/index.php/sahagun/a rticle/view/ [2] Torres Chancusig, T. J. (2017). “ Validación de los métodos de ensayo para la determinación de densidad relativa y viscosidad dinámica en asfaltos en el laboratorio de la refinería esmeraldas” (Bachelor's thesis, Quito: UCE).Tomado de: http://www.dspace.uce.edu.ec/handle/25000/ [3]Cordiviola, C. (1985). Caída libre en fluidos viscosos. “ Revista de Enseñanza de la Física , 1” (1), 57-60. Tomado de: https://revistas.unc.edu.ar/index.php/revistaEF/article/down load/15973/ [4]Cuervo, J. (2022). Guia de laboratorio #6 “ Viscosidad”, 1-3. Tomado de: https://moodle2.uptc.edu.co/presencial/pluginfile.php/ 94/mod_resource/content/1/6.%20Viscosidad.pdf [5]Ibarrola, E. L. (2009). Introducción a los fluidos no newtonianos. Cátedra de Mecánica de los Fluidos-UNCor. Tomado de: https://www.academia.edu/download/52491502/introduccio n_no_newtonianos.pdf VI. ANEXOS Imagen 4.Gráfica Esfera 1 en Origin. Imagen 5.Gráfica esfera 2 en origin Imagen 5.Gráficas hechas a mano.
Aplicación profesional
En ingeniería civil, la viscosidad para el hormigón tiene como objetivo el de incrementar su nivel de espesor para obtener un acabado específico, de acuerdo con las condiciones del lugar donde se aplica. Al aumentar dicha viscosidad del cemento se consigue una consistencia más resistente y duradera para el proyecto que deseamos construir.
