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.