UNIVERSIDAD DEL VALLESERVICIOS DE LABORATORIOLABORATORIO DE HIDRÁULICA IPráctica No. 1

DETERMINACION DE LA VISCOSIDAD DEL AGUA

1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO.-

Haciendo uso de un tubo de vidrio en el cual se encuentra un fluido de

viscosidad desconocida y utilizando las ecuaciones de la fuerza de stokes

podemos determinar la viscosidad del fluido.

Cuando un fluido se mueve alrededor de una esfera con régimen laminar, o

cuando una esfera se mueve dentro de un fluido viscoso en reposo, actúa una

fuerza resistente sobre la esfera. (Naturalmente, la fuerza existe cualquiera que

sea la forma del cuerpo, pero tenga forma esférica). Un estudio minucioso que

no es necesario su análisis demuestra que la fuerza resistente esta dado por:

Donde:

= coeficiente de viscosidad;

r = radio de la esfera

v = su velocidad respecto al fluido

Esta relación fue deducida por primera vez por Sin George Stoke en 1845 y se

denomina "Ley de Stoke". Vamos a interpretarla brevemente aplicándola al

caso de una esfera que cae dentro un fluido viscoso. Consideremos un fluido

dentro un tubo como la figura Fig.1.

Fig.1

D

W

Fr

E

Las fuerzas que actúan sobre la esfera son su peso w, el empuje E y la fuerza

de resistencia igual a Fr. Si e es la densidad de la esfera y f la del flujo,

entonces:

Puesto que la fuerza resultante sobre la esfera es igual al producto de la masa

por la aceleración:

Si es abandonada la esfera partiendo del reposo (v = 0) la fuerza de viscosidad

en el momento inicial es nula a la aceleración inicial a0 es por tanto Fr = 0:

Recurriendo a la definición de densidad:

Como resultado de esta aceleración inicial, la esfera adquiere una velocidad

hacia abajo y experimenta, por consiguiente, una resistencia que puede

calcularse por la Ley de Stoke, puesto que la velocidad aumenta, la resistencia

también aumenta en proporción directa y la esfera llegará a alcanzar una

velocidad constante llamada "velocidad límite". Esta velocidad puede

calcularse conociendo la distancia recorrida con respecto al tiempo

transcurrido, es decir:

Remplazando valores:

Simplificando y despejando el coeficiente de viscosidad del fluido se tiene:

Como en este régimen v es constante, entonces remplazando en la

anterior ecuación tenemos:

2. COMPETENCIAS.

El estudiante:

Determina de la viscosidad del agua de manera experimental.

Compara los resultados obtenidos con la viscosidad estándar (tablas)

3. MATERIALES Y EQUIPOS.

Un tubo con agua.

Esferas de diferente diámetro.

Cronómetro.

Micrómetro o Vernier.

Balanza.

Termómetro.

Fig.2

4. PROCEDIMIENTO.

Proceder al montaje como se muestra en la figura Fig.2.

Paso 1) Familiarizarse con la descripción y la instalación del experimento.

Paso 2) Medir el diámetro de las esferas (perdigones) con el tornillo Micrométrico

y determinar su peso con ayuda de una balanza.

Paso 3) Dejar caer las esferas por el centro del tubo y medir el tiempo

transcurrido entre los bordes superiores de las dos marcas.

Paso 4) Repetir el experimento con todas las esferas

Paso 5) Medir la distancia de separación de las 2 marcas en sus bordes

superiores.

5. TIEMPO DE DURACION DE LA PRACTICA

La práctica tiene una duración de dos periodos académicos

6. MEDICION, CALCULOS Y GRÁFICOS

En el transcurso de la práctica y al final de esta el estudiante deberá tomar

nota de todos los aspectos que considere necesario.

Tubo conagua

Soporteuniversal

d

Esfera

Se recomienda utilizar la siguiente planilla.

Magnitud físicaEsferas

Nº 1 Nº 2 Nº 3 Nº4Peso de la esfera (g)

Diámetro de la esfera (mm)

Tiempo (s)

Densidad del fluido (g/cm3)

Temperatura (ºC)

7. CUESTIONARIO

a) ¿Por qué no se empieza a cronometrar a partir de la superficie

del líquido?

b) Calcule la viscosidad y su error estándar.

c) ¿Cuál de las variables debemos medir con mayor precisión?.

¿Por qué?

d) Si disminuye la temperatura ambiente. ¿Qué parámetros del

experimento varían en menor o mayor grado? Explique.

e) ¿Cual es la deducción de la ecuación de fuerza de

rozamiento?

f) Dibuje las líneas de corriente para una esfera en movimiento

dentro del fluido.

g) Proponga otro método para medir la viscosidad de un fluido