Fluidos y Fenómenos Térmicos (2012-2)

PRACTICA NO. 8 LEY DE STOKES

I. Presentación. De acuerdo a los resultados obtenidos por Stokes para un cuerpo esférico que desciende por un fluido, para tiempos suficientemente grandes, el cuerpo describe un movimiento rectilíneo uniforme con velocidad igual a la velocidad terminal vT que depende de la densidad y radio del cuerpo esférico, de la densidad y viscosidad del fluido y de la aceleración de la gravedad, a saber:

2( )29

CT

r gv ρ ρη−= (1)

Si se tiene la capacidad de determinar independientemente la velocidad terminal, es posible utilizar esta relación para determinar experimentalmente la viscosidad del fluido:

2( )29

C

T

r gv

ρ ρη −= (2)

Es importante señalar que en la obtención de esta expresión se asume implícitamente la ausencia de paredes cercanas a la trayectoria del cuerpo en caída, de aquí que seria interesante observar el efecto de la presencia de las paredes del recipiente, haciendo uso de balines de diferentes tamaños.

II. Objetivo 1. Determinar la viscosidad de un líquido, utilizando el método de Stokes. 1. Explorar el comportamiento de la viscosidad del fluido como función de la distancia a la pared del recipiente. III. Material

1. Líquido (glicerina y/o aceite) 2. Recipiente de Stokes. 3. Balines y/o canicas de diferente tamaño 4. Regla 5. Vernier 6. Cronómetro 7. Papel absorbente

8. Imanes para dragar los balines metálicos del seno del fluido. 9. Vaso de precipitado de 100ml. 10. Picnómetro y/o probeta 11. Balanza 12. Termómetro.

IV. Procedimiento

1. Medir el radio de los balines 2. Determinar las densidades del fluido y los balines haciendo uso de alguno de los

métodos para determinación de densidad vistos previamente. 3. Realizar una exploración visual de la caída del balín (o canica) más grande en el

fluido, para determinar cualitativamente a partir de que profundidad el movimiento de este es con velocidad constante.

4. Seleccionar la región terminal, misma que deberá estar localizada entre el punto determinado en el paso 3 y al menos 10 cm, aproximadamente, por encima del fondo del recipiente. Colocar marcas claras entre estos límites.

5. Medir la longitud vertical de la región terminal seleccionada. 6. Proceder a tomar lecturas de tiempos de caída de los diferentes balines, entre las

marcas que definen la región terminal. 7. Seria conveniente contar con balines de al menos 5 tamaños diferentes.

V. Actividades a realizar

1. Calcular la velocidad terminal promedio para cada balín. Sería deseable realizar al menos tres caídas de cada balín.

2. Calcular la viscosidad en cada caso según la ec. (2). 3. Elabore una tabla adecuada que muestre los resultados obtenidos (radio del balín,

tiempo de caída, velocidad terminal y viscosidad). 4. Elabore una tabla que incluya el radio, la viscosidad y el error en la determinación

de esta propiedad. 5. Obtenga la gráfica de la velocidad terminal versus el cuadrado del radio de los

balines. 6. Obtenga la gráfica de la viscosidad versus la distancia que existe de la pared del

recipiente al radio de la esfera (estaríamos suponiendo que aproximadamente el balín se mueve en el centro del recipiente cilíndrico, si tiene una mejor idea para representar los resultados adelante).

VI. Reporte Debe incluir: i. Breve descripción sobre la Ley de Stokes, resultado de su investigación bibliográfica. ii. Breve descripción sobre la Aproximación de Faxxen para la viscosidad. iii. Investigue sobre la viscosidad del líquido utilizado en la práctica. iii. Bibliografía.

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