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Viscosidad y Tensión Superficial

Publicado por Monica González

El agua fluirá a través de un tubo abierto conectado a una caja de agua, como se ve en el dibujo abajo:

Para que el agua pare, debemos ejercer una presión en la extremidad abierta. Debemos ejercer una fuerza. Una forma práctica de hacerlos es utilizar una canilla. Utilizando un tornillo con un gran abridor, disminuimos considerablemente la fuerza que tenemos que aplicar (en función del torque). El esquema interno de una canilla es mostrado abajo. El tornillo empuja un tapón en dirección de una parte de la tubulacion por donde pasa el agua.

VISC1

VISC2

Fluidos reales, como el aire, agua, aceite, sangre, shampoo, no obedecen perfectamente a la ecuación de Bernoulli. Situaciones reales, como el efecto de la tensión superficial, y el de la viscosidad no pueden ser descritos con la ecuación de Bernoulli.

La viscosidad de un fluido es básicamente una medición de cuanto él se “pega”. El agua es un fluido con pequeña viscosidad. Cosas como el shampoo o jarabes poseen densidades mayores. El aceite de un motor, por ejemplo, es mucho menos viscoso a temperaturas elevadas que cuando el motor está frio.

Para fluidos que se mueven a través de tubos, la viscosidad lleva a una fuerza de resistencia. Tal resistencia puede ser imaginada como una fuerza de atrito actuando entre las partes de un fluido que se están moviendo a velocidades distintas. El fluido más cercano a las paredes de tubo, por ejemplo, se mueve más lentamente que el fluido en el centro del tubo.

El fluido en un tubo sufre fuerzas de atrito. Existe atrito con las paredes del  tubo, y con el propio fluido, convirtiendo parte de la energía cinética en calor. Las fuerzas de atrito que impiden las diferentes camadas del fluido de deslizarse entre si se llaman viscosidad. La viscosidad es una medida de resistencia del movimiento del fluido. Podemos medir la viscosidad de un fluido midiendo las fuerzas de arrastre entre dos placas. Mire el dibujo.

VISC3

Si medimos la fuerza necesaria para mantener la placa superior moviéndose a una velocidad constante v0, veremos que ella es proporcional al área de la placa, y la v0/d, donde d es la distancia entre las dos placas. O sea,

F/A = ηv0/d

La constante de proporcionalidad  h es llamada viscosidad. Las unidades de η  en el MKS son Pa-s.

Tensión superficial

Acorde al principio de Arquímedes, una aguja de acero se sumerge en el agua. Pero si la ponemos cuidadosamente sobre la superficie del agua, ella puede flotar debido a la tensión superficial – el líquido reacciona como si fuese una membrana.

Una forma de analizar  la tensión superficial es imaginarla en términos de energía. Cuanto mayor la superficie, mayor será la energía que está cumulada en ella. Para reducir la energía, la mayoría de los fluidos asumen formas con el menor área de superficie. Esa es la razón por la cual pequeñas gotas de agua son redondas. Una esfera posee la superficie de menor área posible para un determinado volumen. Burbujas de jabón también tienden a formarse con áreas de menor superficies (esferas).

Se necesita trabajo para aumentar el área de un líquido. La tensión de la superficie puede ser definida como el siguiente trabajo:

Tensión de superficie = Y = W/A

donde A es el área de la superficie.

Se tenemos un film fino, e intentamos estirarlo, el film resiste. La tensión de superficie también puede ser definida como la fuerza F por unidad de largura L que resiste al estiramiento:

Tensión de superficie = Y = F/L

El agua es usualmente utilizada para limpieza, pero la tensión de la superficie dificulta la penetración del agua en pequeños orificios, como los que se encuentran en las ropas. Cuando adicionamos jabón al agua, la tensión superficial disminuye, y las ropas (o cualquier otra cosa) son limpias más fácilmente.

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