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Viscosidad

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 Figura 1.
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Figura 2.

La Figura 1(a) es un dibujo idealizado del flujo de un líquido típico por un tubo, observe que las capas del fluido se mueven todas a la misma velocidad representada por las flechas verdes. Para un fluido real, la película de líquido en inmediata vecindad con las paredes del tubo está en reposo, y el perfil de la velocidad del resto de las capas adquiere un carácter parabólico (Figura 1b). Tal flujo se le llama flujo de Poiseuille, en honor a Jean Poiseuille que estudió la circulación sanguínea. La razón de este cambio en el perfil de la velocidad relativa de las capas del fluido, entre un fluido idealizado, y uno real, es el rozamiento interno del fluido o viscosidad.

El concepto de rozamiento interno, encuentra explicación básica en la propia naturaleza del fluido; "como una colección de moléculas en movimiento en todas direcciones".

Cuando fluye, además de las moleculas que "van con el flujo", hay otras que tienen un movimiento caótico al azar, de esta forma entre dos capas paralelas de fluido que marchan a una velocidad ligeramente diferente, la intrusión de moléculas de la capa mas lenta, tiende a frenar la capa mas rápida, y en caso contrario, cuando alguna molécula que se mueve al azar de la capa mas rápida entra en la mas lenta, tiende a acelerarla. Es decir, hay cierta oposición a que las capas se muevan libremente unas con respecto a las otras, debido al intercambio de moléculas a diferentes velocidades en la dirección del flujo.

El flujo viscoso puede ser analizado si tomamos dos piezas planas de vidrio, con una fina capa de fluido entre ellas, y tratamos de deslizar un vidrio sobre el otro. Esto es mas fácil de hacer con agua que con melaza, y la facilidad dependerá de la viscosidad. Para cuantificar el efecto, tomemos el plano señalado como área A el que está separado del otro plano por la distancia y  (Figura 2). Para que plano superior se mueva con una velocidad constante v debe ser aplicada un fuerza F del mismo modo que cuando queremos arrastrar un ladrillo por un piso rugoso a velocidad constante. La magnitud de la fuerza F resulta ser proporcional al área del plano que se mueve, esto es, si se duplica el área, también se duplicará la fuerza necesaria en la misma dirección del movimiento.

Adicionalmente esta fuerza se incrementa linealmente (porporcional) con la velocidad, y es inversamente proporcional a la distancia y. Por último el valor de la fuerza dependerá de la naturaleza del fluido, este efecto se incluye en el llamado coeficiente de viscosidad que se representa con la letra griega η (eta).

Matemáticamente podemos establecer la relación entre las variables que intervienen como:

F
=
ηvA
y

El coeficiente de viscosidad es muy influenciado por la temperatura del fluido, por lo que cada fluido tendrá un coeficiente diferente para cada temperatura.

De la fórmula se desprende que la unidad del coeficiente de viscosidad en el sistema internacional de unidades es Ns/m2= kg/ms.

Donde:

N=Newton

s=segundo

m=metro

kg=la unidad de masa.

A 20°C el coeficiente de viscosidad del agua es de 0.001 kg/ms y 0.830 kg/ms para la glicerina.



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