Cómo medir la viscosidad

La viscosidad puede definirse como la medida de la resistencia de un líquido al flujo. Considera el agua y la melaza. El agua fluye con relativa libertad mientras que la melaza es menos fluida. Debido a que la melaza es más resistente al flujo, tiene una viscosidad más alta que el agua. Si bien hay una cantidad de métodos de los que escoger para decidir cómo medir la viscosidad, quizás el menos complicado involucra dejar caer una pelota en un recipiente transparente del líquido cuya viscosidad estés intentando determinar.

Comprender la viscosidad

  1. Define la viscosidad. La viscosidad mide la resistencia de un líquido al flujo. Un fluido con alta viscosidad fluye muy lentamente, como la miel. Un fluido con baja viscosidad fluye rápidamente, como el agua. La unidad para la viscosidad es un pascal-segundo (Pa•s).
  2. Define la ecuación para la viscosidad. Este experimento tomará medidas de una esfera y su pasaje a través de un líquido para calcular la viscosidad. La ecuación para la viscosidad es [2(ps-pl)ga]/9v, en donde ps es la densidad de la esfera, pl es la densidad del líquido, g la aceleración debida a la gravedad, a es el radio de la esfera y v es la velocidad de la esfera.
  3. Comprende las variables en la ecuación de la viscosidad. La densidad es la masa por unidad de volumen de un objeto y está denominada por una p. En esta ecuación tienes que medir la densidad tanto de la esfera, ps, como del líquido a través del cual pasa, pl. El radio de la esfera, a, puede encontrarse midiendo la circunferencia de la esfera y dividiendo esto entre 2π. La aceleración debida a la gravedad, g, depende constantemente de la atmósfera del planeta en donde te encuentres. En este caso, estás en la Tierra, así que g es 9,8 m/s. La velocidad de la esfera, v, se calcula durante el experimento y es el tiempo que le toma a un objeto desplazarse una distancia específica en metros por segundo (m/s).

Medir la viscosidad

  1. Reúne los materiales necesarios para el experimento. Para calcular la viscosidad de un líquido, necesitarás una esfera, un cilindro graduado, una regla, un cronómetro, el líquido en cuestión, una balanza y una calculadora. Este experimento tiene muchos pasos pero, si se siguen correctamente, te permitirán calcular la viscosidad de cualquier líquido.
    • La esfera puede ser una pequeña canica o bola de acero. Asegúrate de que su diámetro no sea mayor de la mitad del diámetro del cilindro graduado de forma que pueda dejarse caer fácilmente dentro de él.
    • Un cilindro graduado es un recipiente de plástico que tiene marcas graduadas a un lado que te permiten medir el volumen.
    • Puedes usar un reloj en lugar de un cronómetro pero tus medidas serán más precisas con un cronómetro.
    • El líquido debe ser lo suficientemente transparente como para ver la canica al dejarla caer a través del líquido. Prueba con diferentes líquidos que tengan diferentes tasas de flujo para ver cómo difieren sus viscosidades.
  2. Calcula la densidad de tu esfera elegida. Se necesita la densidad tanto de la esfera como del líquido para realizar el cálculo de la viscosidad. La fórmula para la densidad es d=m/v{\displaystyle d=m/v}, donde d es la densidad, m es la masa del objeto y v es el volumen del objeto.
    • Mide la masa colocando la esfera en una balanza. Registra la masa en gramos (g).
    • Determina el volumen de una esfera usando la fórmula V= (4/3) x π x r, donde V es el volumen, π es la constante 3,14, y r es el radio de la esfera. Puedes encontrar el radio midiendo alrededor del centro de la esfera para obtener su circunferencia y luego dividiendo la circunferencia entre 2π.
    • También puedes encontrar el volumen midiendo el desplazamiento de agua en un cilindro graduado. Registra el nivel de agua inicial, coloca la esfera en el agua y registra el nuevo nivel de agua. Resta el nivel de agua inicial al nuevo nivel de agua. Este número es igual al volumen de tu esfera en mililitros (mL).
    • Calcula la densidad con la fórmula d=m/v{\displaystyle d=m/v}. La unidad para la densidad es g/mL.
  3. Determina la densidad del líquido que vayas a medir. Usando la misma fórmula para la densidad mencionada anteriormente, calcularás luego la densidad del líquido en cuestión.
    • Mide la masa del líquido pesando primero el cilindro graduado vacío. Vierte el líquido en el cilindro graduado y luego pésalo otra vez. Resta la masa del cilindro vacío a la del cilindro con el líquido para obtener la masa del líquido en gramos (g).
    • Para encontrar el volumen del líquido, determina simplemente la cantidad del líquido que vertiste en el cilindro graduado usando las marcas graduadas a un lado del cilindro. Registra el volumen en mililitros (mL).
    • Usa la fórmula d=m/v{\displaystyle d=m/v} y tus medidas para calcular la densidad del líquido en g/mL.
  4. Llena el cilindro graduado con el líquido a medir y marca posiciones en la parte superior e inferior del cilindro. Vierte lentamente el líquido experimental en el cilindro graduado, llenándolo hasta la mitad o a tres cuartos de la parte superior.
    • Dibuja una marca en la parte superior del cilindro a alrededor de 2,5 cm (1 pulgada) de la parte superior del líquido.
    • Dibuja una segunda marca a alrededor de 2,5 cm (1 pulgada) de la parte inferior del cilindro graduado.
    • Mide la distancia entre las marcas superior e inferior. Coloca la parte inferior de la regla en la marca inferior y registra la distancia hasta la marca superior.
  5. Registra el tiempo que toma para que la pelota caiga entre las marcas. Deja caer la pelota en el líquido e inicia el cronómetro cuando la parte inferior de la pelota llegue a la marca en la parte superior del cilindro. Cuando la pelota llegue a la marca que hiciste en la parte inferior del cilindro, detén el cronómetro.
    • Los líquidos con bajas viscosidades serán más difíciles de medir con este método porque será más difícil iniciar y detener el cronómetro de forma precisa.
    • Repite este paso por lo menos tres veces (mientras más veces lo repitas, tu medida será más precisa) y calcula el promedio de las tres veces. Para encontrar el promedio, suma los tiempos para cada intento y divídelos entre el número de intentos que realizaste.
  6. Calcula la velocidad de la esfera. La velocidad es una medida de la distancia recorrida durante el tiempo transcurrido para recorrer esa distancia. La fórmula para la velocidad es v=d/t{\displaystyle v=d/t} donde v es la velocidad, d es la distancia recorrida y t es el tiempo.
    • Usando tus medidas, reemplázalas en la ecuación v=d/t{\displaystyle v=d/t} para encontrar la velocidad de la esfera.
  7. Calcula la viscosidad del líquido. Reemplaza la información que obtuviste en la fórmula para la viscosidad: [2(ps-pl)ga]/9v donde ps es la densidad de la esfera, pl es la densidad del líquido, g es la aceleración debida a la gravedad (un valor fijo de 9,8 m/s), a es el radio de la esfera y v es la velocidad de la esfera.
    • Por ejemplo, digamos que la densidad del fluido es 1,4 g/mL, la densidad de la esfera es 5 g/mL, el radio de la esfera es 0,002 m y la velocidad de la esfera es 0,05 m/s.
    • Reemplazándolo en la ecuación: [2(5 – 1,4)(9,8)(0,002)]/(9 x 0,05) = 0,314 Pa•s

Consejos

  • Mantener una tabla de datos puede ayudarte a monitorear tus medidas ya que, de otro modo, podrías desorganizarte.
  • Todas las medidas deben ser métricas.
  • No olvides agregar unidades al final del cálculo.

Advertencias

  • Asegúrate de que no haya agua u otro líquido en el cilindro graduado cuando empieces. La presencia de otro líquido podría hacer que tus medidas sean imprecisas.
  • La pelota que uses debe tener una densidad más alta que la del líquido para que este proceso funcione.
  • Limpia el líquido de la esfera y sécala completamente entre intentos antes de dejarla caer en el cilindro graduado.
  • Cuando llenes el cilindro graduado con el líquido, asegúrate de no llegar muy cerca de la parte superior. Si no dejas suficiente espacio, el desplazamiento del líquido causado por la esfera puede dar como resultado que el líquido rebose, lo cual podría descolocar tus cálculos.

Cosas que necesitarás

  • Una pequeña pelota sólida u objeto en forma de esfera que no flote en el líquido que vayas a usar
  • Líquido a medir
  • Cilindro graduado más grande que la esfera
  • Calculadora
  • Cronómetro
  • Metro u otra regla métrica
  • Lápiz graso
  • Balanza
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