Relatorio fisica viscosidade

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FÍSICA GERAL EXPERIMENTALII
PROFESSOR:




DETERMINAÇÃO EXPERIMENTAL DA VISCOSIDADE DA ÁGUA


1-Introdução
No estudo teórico de fluidos, consideramos os mesmos em fluxos não - turbulentos, sob condições estacionárias – onde a pressão, a densidade e a velocidade não variam com o tempo em um determinado ponto, embora possam variar com a posição do fluido- em que nenhum trabalhoé realizado por forças não - conservativas. Na prática as forças não conservativas em um fluido não são desprezadas, tais forças dissipam a energia mecânica do fluido em energia interna do mesmo. Um fluido com forças dissipativas é chamado viscoso.
O objetivo desse trabalho é determinar a viscosidade () da água através de um procedimento experimental, a partir da velocidade (v) com que ela saide um tubo horizontal (fig1) considerando a perda de energia por dissipação e a velocidade desconsiderando a dissipação (vb). A vazão (I), a diferença de pressão (∆p) dentro do tubo e a condutância (C) também serão determinadas.
Para determinação de todos esses parâmetros iremos utilizar as leis e equações que serão demonstradas ao decorrer do texto. Começaremos definindo o conceito deviscosidade.
Figura 1: Aparato experimental

1.1Viscosidade
É a propriedade física que caracteriza a resistência ao escoamento.
Para fluidos que se movem através de tubos, a viscosidade leva a uma força resistiva. Esta resistência pode ser imaginada como uma força de atrito agindo entre as partes de um fluido que estão se movendo a velocidades diferentes. Existe atrito com as paredes do tubo, e com opróprio fluido, convertendo parte da energia cinética em calor. As forças de atrito que impedem as diferentes camadas do fluido de escorregar entre si são chamadas de viscosidade. Podemos medir a viscosidade de um fluido medindo as forças de arraste entre duas placas.

Sejam duas camadas de fluído de área S que distam dx e entre as quais existe uma diferença de velocidade dv.
| A forçapor unidade de área que temos que aplicar é proporcional ao gradiente de velocidade. A constante de proporcionalidade é denominada viscosidade .             (1) |
No caso particular, de que a velocidade aumente uniformemente a expressão (1) é escrita

1.2 Equação de Bernoulli
Essa equação expressa a relação entre velocidade, densidade e pressão em um tubo de fluxo, considerando um fluxoestacionário em que nenhum trabalho é realizado por forças não- conservativas( a energia mecânica do sistema si conserva).Demonstração:
E= -A1v1t1v12/2 –A1v1t1+ A2v2t2v22/2 –A2v2t2
E= W = p1A1v1t – p2A2v2t
p₁ + gy₁ + ½v₁² = p₂ + gy₂ + ½v₂²

1.3 Fluxo volumétrico – Lei de Poiseuille
O volume de fluído que atravessa qualquer secção normal do tubo na unidade de tempo édenominado fluxo volumétrico ou vazão. Esse fluxo se relaciona com a viscosidade e com a diferença se pressão que se estabelece durante o escoamento do fluido pelo tubo. A lei de Poiseuilli relaciona o fluxo de um tubo cilíndrico, transportando um líquido viscoso, com raio R, comprimento L, diferença de pressão ∆p e coeficiente de viscosidade :

Notação Física

Onde:
V é o volume do líquido(metros cúbicos)
t é o tempo (segundos)
v é a velocidade do fluido ao longo do comprimento do tubo (metros/segundos)
x é a distância na direção do fluxo (metros)
R é o raio interno do tubo (metros)
ΔP é a diferença de pressão entre os dois extremos do tubo
η é a viscosidade dinâmica do fluido (Pa·s),
L é o comprimento total do tubo na direção x (metros).
Utilizaremos esse lei mais tarde paradeterminar o valor experimental da viscosidade.

1.4 Determinação das velocidades e diferença de pressão (p)

1.41. Velocidade na saída do tubo
Com base na ideia de que o jorro (fig1.) descreveu uma trajetória parabólica determinaremos a velocidade a partir das relações:
y(t)= -gt²/2 (1)

x( t) = vt :. t= x/v (2)

y( x) = -gx²/2v² (3)
Linearizando a Eq. 3...
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