Problema de Fuerza de Stokes en un fluidos viscoso

Problemas de Física
18 Jul 201811:57

Summary

TLDREn este video, se desarrolla un problema de viscosidad donde una esfera de acero desciende a través de aceite con velocidad constante. El objetivo es calcular el coeficiente de viscosidad del aceite, aplicando el diagrama de cuerpo libre y la ecuación de la fuerza de Stokes para una esfera. Utilizando las fuerzas de peso, empuje y rozamiento, se establece una condición de equilibrio cinético para determinar la viscosidad del fluido. Finalmente, se despeja la fórmula y se sustituyen los valores para obtener que la viscosidad del aceite es de 0.0192 pascal-segundo.

Takeaways

  • 🔍 Se está analizando un problema de viscosidad en un experimento de laboratorio.
  • 🌐 Se describe un experimento donde una esfera de acero de 1 mm de diámetro se mueve verticalmente en aceite.
  • 📐 La velocidad constante de la esfera es de 20 centímetros por segundo.
  • 📉 Se pide calcular el coeficiente de viscosidad del aceite.
  • 📚 Se considera la densidad del aceite como 800 kg/m³ y la densidad del acero como 7850 kg/m³.
  • 📐 Se utiliza un diagrama de cuerpo libre para analizar las fuerzas que actúan sobre la esfera.
  • 🧲 Se identifican tres fuerzas principales: peso, empuje y fuerza de Stoke (viscosidad).
  • 🔄 Se establece la condición de equilibrio cinético para la esfera que se mueve a velocidad constante.
  • 💧 Se aplica la ecuación de la fuerza de Stoke para la esfera: F = 6πηvR.
  • 🔢 Se establece la ecuación de equilibrio: peso = empuje + fuerza de Stoke.
  • 🔄 Se resuelve la ecuación para encontrar la viscosidad del aceite: η = (3v)/(2πr²Δρ).

Q & A

  • ¿Cuál es el objetivo del experimento descrito en el guion?

    -El objetivo del experimento es determinar el coeficiente de viscosidad del aceite en el que se encuentra sumergida una esfera de acero.

  • ¿Cuál es el diámetro de la esfera de acero utilizada en el experimento?

    -El diámetro de la esfera de acero es de un milímetro.

  • ¿Cuál es la velocidad constante a la que la esfera de acero se mueve verticalmente en el aceite?

    -La velocidad constante es de 20 centímetros por segundo, lo cual es equivalente a 0.2 metros por segundo.

  • ¿Cuál es la densidad del aceite considerada en el experimento?

    -La densidad del aceite es de 800 kilogramos por metro cúbico.

  • ¿Cuál es la densidad del acero que se utiliza para la esfera en el experimento?

    -La densidad del acero es de 7850 kilogramos por metro cúbico.

  • ¿Qué fuerzas actúan sobre la esfera de acero en el aceite?

    -Las fuerzas que actúan sobre la esfera son el peso, el empuje y la fuerza de Stoke (fuerza de rozamiento).

  • ¿Cómo se determina el empuje que experimenta la esfera sumergida en el aceite?

    -El empuje se determina por la ecuación que relaciona la densidad del fluido, la gravedad y el volumen sumergido de la esfera.

  • ¿Cuál es la ecuación que relaciona la fuerza de Stoke con las propiedades de la esfera y el fluido?

    -La ecuación es F = 6πηvR, donde F es la fuerza de Stoke, η es la viscosidad del fluido, v es la velocidad y R es el radio de la esfera.

  • ¿Cómo se establece el equilibrio cinético para la esfera en el aceite?

    -El equilibrio cinético se establece cuando la suma de las fuerzas que actúan hacia arriba (empuje y fuerza de Stoke) es igual a la fuerza que actúa hacia abajo (peso).

  • ¿Cómo se calcula el volumen de una esfera y cómo se relaciona con el volumen sumergido de la esfera en el aceite?

    -El volumen de una esfera se calcula por la fórmula V = (4/3)πR³, y el volumen sumergido es igual al volumen de la esfera.

  • ¿Cómo se despeja la viscosidad del aceite en la ecuación obtenida del equilibrio cinético?

    -La viscosidad se despeja al igualar la ecuación de la fuerza de Stoke con la diferencia entre el peso de la esfera y el empuje, y después simplificar para aislarla.

  • ¿Cuál es el resultado final de la viscosidad del aceite obtenida en el experimento?

    -La viscosidad del aceite es de 0,0192 pascales por segundo.

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ViscosidadAceiteEsfera de aceroFísicaExperimentoCaídaVelocidade constanteDensidadFuerzasEquilibrio cinético
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