BAC 014 Prática 1 Queda de um corpo em um meio viscoso - A Lei de Stokes
Engenharia de Fluidos ?BAC 014 Roteiro da Aula Prática I
Prática1 ?Queda de um corpo em um meio viscoso, a Lei de Stokes
Equipe Matrícula Nome Assinatura
Prof. Dr. Rogério Fernandes Brito ?E-mail: rogbrito@unifei.edu.br
A viscosidade dinâmicaµou simplesmente viscosidade é o coeficiente de atrito interno entre as várias camadas de um fluído em movimento relativo. A unidade de viscosidade nosistema e o
micropoise ( 1µP= 10-6P) .A relação com o sistema internacional é 10 P=1Kg.s-1m-1( ou 10
P = 1 Pa.s)
Na indústria utiliza-se com frequência a viscosidadecinemática, que é a razão entre a viscosidade dinâmicaµe a massa específica.
A unidade da viscosidade cinemáticavno sistema C.G.S. é ostokes, sendo1 stokes( St )
Suponhamos uma esfera de vidro de raio r, constituída por material da massa específicaρe, abandonada no interior de um líquido de massa específicaρg e coeficiente deviscosidadeµ.
Consideremosρg<ρe admitamos que as dimensões transversais do recipiente quecontém o líquido são praticamente infinitas quando comparadas com o diâmetro daesfera.
As três forças que atuam sobre a esfera são: P-peso da esfera; I-impulso do líquido sobre a esfera; F-força de atrito viscoso,força que se opõe ao movimento.
PeIsão forças constantes, masFdepende deV( velocidade )
. Durante um intervalo de tempo inicial,a partir do momento em que a esfera é abandonada,Fé uma função crescente do tempo, mas a partir do instante que a força de arrastotorna-se igual a diferença entre o peso da esfera eo empuxo, a aceleração da esfera se torna nula.
EXPERIÊNCIA1:QUEDADEUMCORPOEM UM MEIO VISCOSO, A LEI DE STOKES
1. OBJETIVOS Determinar experimentalmente o coeficiente de viscosidade de um fluido.
2.MATERIAL A SER UTILIZADO ( Figura 1) com fixadores, mufas em aço com encaixe lateral;
01 conjunto posicionador de largada ( 4)
02 recipientes com orifício lateral superior ( 5)
01 tripé Delta com sapatas ( 6)
02 mufas com braçadeiras ( 12)
01 fim de curso principal ( 13)
01 corpo de prova esférico ( com massa determinada)
; 500mllíquido para estudo;
01 paquímetro;
01 cronômetro;
01 recipiente de 500 ml;
Figura 1.Montagem do kit experimental "Viscosímetro de Stokes".
3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 3.1. Montagem:
3.1.1.Execute a montagem da Figura 1; 3.1.2.Posicione os sensores distanciadosde150 m um do outro; até atingir o orifício lateral como líquido cuja viscosidade será estudada;
Figura 2.Posicionamento do largador sobre o conjunto para queda em meio viscoso,
3.1.5.Verifique o alinhamento do painel.
3.2. Atividades:
Determine o coeficiente de viscosidade cinemática de um líquido através da expressão da força de arrasto deStokes:
Sendo: va viscosidade cinemática, D o diâmetro da esfera eVa velocidade de queda.
Para isto é necessário isolar o coeficiente de viscosidade cinemáticaν.
Esta expressão somente poderá ser utilizada quando ocoeficiente de Reynolds for menor que 1. Por isto, calcule qual é o coeficiente de Reynolds, e verifique a condição acima, sabendo que o coeficiente de Reynolds é o produto entre a velocidade do corpoVem cm/s, a viscosidade cinemática (v) em Stokes e o diâmetro da esfera D. Note que a força de arrasto depende também da viscosidade do material.
, onde Re é o de coeficiente Reynolds.
Conhecendo a força de arrastoFD= P ?E, medindoo diâmetro D da esfera e medindo a velocidade de queda, podemos obter a viscosidade cinemáticaν.
Procedimentos:
I.Anote a massamdas duas esferasde raio diferentes que serãoutilizados no experimento.
m =_______________g
| D = | cm |
I.O diâmetro da esfera I.Calcule amassa específicados dois líquidos que serão utilizados na prática.
ρ=_ g/cm3, obs.:quando for pesar o líquido não se esqueça de descontar amassa do recipiente.
IV.Calcule o volume da esfera. Vesfera=πD3/6= _ cm
V.Calcule o peso da esfera
| E= | dina |
VI.Calcule o empuxo atuante sobre a esfera.
VII.E finalmente a forma do arrasto
| FD= | dina |
VIII.Para calcular a viscosidade cinemática, basta agora calcular a velocidade terminal de queda no líquido.
| sensor de acordo com a escala do painel.y1 = | cme a posição finaly2, ocupada |
A velocidade terminal da esfera é obtidamarcando a posição inicialy1ocupada pelo primeiro pelo segundo sensor.
| y2 = | cme determinando o módulo do deslocamento h ( |
distância de queda) que a esfera sofrerá quando se mover dey1até
Verifique o intervalo de tempo necessário para que a esfera passe entre os dois sensores abandonando a esfera no interior do líquido e cronometrando o tempo do deslocamento. Repita esta operação por 5 vezes completando a tabela 1.
Tabela 1.Tempo de queda da esfera entre os sensores.
MedidaTempo do Intervalo esfera 1 2 3 4 5 Média
IX.Calcule a velocidade média da esfera
A velocidadeatingida ao final do percurso é denominada velocidade limite ( velocidade terminal ) de queda.
3.2.1.O que você conclui sobre o tipo de movimento ocorrido no interior do líquido?
3.2.2.Determinação da viscosidade do líquido
3.2.3.Determine a viscosidadecinemáticaνe a viscosidadeabsolutaµdo líquido utilizando as expressões desenvolvidas por Stokes
Repita a operação para um segundo líquido utilizando uma esfera.
4.ASSUNTOS A SEREMPESQUISADOS PARA O RELATÓRIO: Fundamentos teóricossobre aviscosidade.
Forças atuantes numa esfera em queda em um meio viscoso. O principio de Arquimedes.
Força de arrasto.
Número de Reynolds.
Viscosidade absoluta e cinemática.
Revisao bibliográficade artigos, livros,comno mínimo, cinco fontes. Nao esquecer de citar em referencias bibliográficas, conforme normas ( pesquisar )
Critério de correcao dos Relatorios de BAC014: ver em http://www.ebah.com.br/content/ABAAAf4Y4AC/criterio-correcao-dos-relatorios-bac014