Determinação da viscosidade de um fluido utilizando a lei de Stokes

VISCOSIDADE E LEI DE STOKES

A viscosidade é uma característica completamente ligada aos fluidos. Basicamente, viscosidade é a propriedade que os fluidos possuem em resistir ao escoamento, dado certa temperatura. Gases e líquidos, quando submetidos a tensões apresentam sua capacidade de escoar, mostrando assim sua característica viscosa, diferentemente dos sólidos que quando submetidos a tensões se deformam.

A viscosidade de um fluido pode ser determinada de diferentes formas, uma delas é pelo Viscosímetro de Stokes, forma abordada na realização do experimento que se baseia na velocidade e tempo de queda de uma esfera em um determinado fluido. O viscosímetro de Stokes, é um tubo de vidro contendo o líquido que desejamos determinar sua viscosidade. Nesse tubo, marca-se uma altura pré-determinada, e deixa-se cair uma esfera, de diâmetro conhecido, no interior do fluido. Tendo a distância percorrida pela esfera e seu tempo de queda, é possível determinar sua velocidade. Enquanto a esfera cai pelo fluido, a mesma é submetida ás forças de empuxo (E), peso (P) e resistência imposta pelo fluido à esfera (Fvis). Tendo em consideração esses conceitos pode-se então determinar a viscosidade absoluta de um fluido, na qual discorremos no decorrer deste relatório.

O movimento de um corpo em um meio viscoso é influenciado pela ação de uma força viscosa (força resistente ou força de arrasto), FD, proporcional à velocidade conhecido como Lei de Stokes. A lei de Stokes pode ser escrita da seguinte forma:

A equação do movimento será, portanto,

A velocidade limite, é alcançada quando a aceleração seja zero, logo quando a resultante das forças que atuam sobre a esfera é zero.

Explicamos a velocidade limite vl

O EXPERIMENTO

Materiais e instrumentos utilizados:

· Cronômetro
· 500 ml de Óleo de soja
· Água
· Pipeta volumétrica graduada
· Proveta de 500ml
· Termômetro culinário digital
· Régua graduada
· Balança analítica

Procedimento Experimental

Neste experimento será determinado o coeficiente de viscosidade de um líquido por um método que se baseia em medir as velocidades de queda de esferas no líquido sob ação da força viscosa retardadora, além de nos familiarizarmos com o conceito de viscosidade.

O princípio operacional do viscosímetro de Stokes baseia-se na determinação da velocidade de queda livre de uma esfera através do fluido do qual se deseja obter a viscosidade.

O procedimento se inicia com a graduação da proveta com cinco traços com equidistância de 5cm.

Marcações de 5cm em 5cm

Meça e registre as temperaturas da água e do óleo, logo após calcule as densidades da água e do óleo.

Aferimento da Temperatura do óleo

Aferimento da temperatura da água

Coloque o óleo na proveta e pipete a água gotejando até que a esfera se desprenda da superfície e registre o volume pipetado no óleo.

Depositando o óleo na proveta

Proveta com o óleo

Com o cronômetro registre os tempos de passagem pelos traços, zerando no primeiro traço, calcule a velocidade para cada traço e em seguida calcule a média das velocidades.

Cronometro preparado para a
quada da gota de água

Cronômetro registrando a tempo
de quada da gota de água

Calcule o raio da esfera de água a partir do volume pipetado. Repita n vezes, as últimas 3 instruções e obtenha a velocidade média e o raio médio. Calcule o coeficiente de viscosidade, utilizando a fórmula:

Em que:

g = aceleração gravitacional, expressa em m/s²;

r = raio do corpo, expressa em m;

ρ ESFERA : massa volumétrica (densidade) da esfera, expressa em kg/m^³;

ρ FLUIDO: massa volumétrica do fluido, expressa em kg/m^³;

ሀ TERMINAL: a velocidade terminal que a esfera atinge no fluido, expressa em m/s;

VARIANTES DO EXPERIMENTO

1) Pode-se usar esferas de outros materiais, como por exemplo, esferas de aço.

2) A proveta pode ser substituída por uma mangueira transparente, montada em uma estrutura de madeira;

EXEMPLO DE RELATÓRIO SOBRE ESSE EXPERIMENTO: RELATÓRIO

EXEMPLO DE APRESENTAÇÃO SOBRE ESSE EXPERIMENTO: APRESENTAÇÃO

Milan Tomic

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