Nomes ________________________________________________________ Ns. _______ Turma ________

12 ano Fsica TL I.5

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ESCOLA SECUNDRIA FERREIRA DIAS, AGUALVA-SINTRA

FSICA - 12ANO

TRABALHO LABORATORIAL I.5 COEFICIENTE DE VISCOSIDADE DE UM LQUIDO

Parte I - Planificao da experincia. A viscosidade de um lquido uma propriedade que os pode tornar mais ou menos adequados para certos fins. Os leos lubrificantes utilizados em automveis, por exemplo, esto disponveis com vrias viscosidades e a escolha do leo mais adequado depende das temperaturas habituais do local onde o veculo circula. Neste trabalho determina-se o coeficiente de viscosidade de um lquido a partir da velocidade terminal de um corpo em queda no seu seio, a qual atingida quando for nula a resultante das foras que actuam nele. Quando um corpo cai, com baixa velocidade, no interior de um fluido, a fora de resistncia ao movimento directamente proporcional velocidade e oposta a esta:

F k v (Lei de Stokes)

k depende da forma do corpo ( para uma esfera de raio r , 6k r ) e o coeficiente de viscosidade do

fluido. Esta expresso, definida por Stokes, apenas vlida quando o corpo cai numa extenso infinita de fluido. Assim, se o corpo uma esfera e cai num lquido contido num recipiente cilndrico, o dimetro interior do recipiente deve ser muito maior que o dimetro da esfera. Verifica-se que a viscosidade de um lquido diminui com o aumento da temperatura (ao contrrio do que sucede nos gases) e varia com a presso, embora nestes trabalhos laboratoriais esse fator seja desprezvel. Metodologia:

A- Identificar as foras que atuam num corpo que cai, sob a ao da gravidade, no seio de um fluido viscoso e aplicar a segunda lei de Newton.

B- Medir massas volmicas.

C- Determinar a velocidade terminal de um corpo que cai no seio de um fluido viscoso.

D- Determinar o coeficiente de viscosidade de um lquido

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QUESTES PR- LABORATORIAIS:

1. Uma esfera de metal cai num lquido viscoso. Represente as foras que atuam sobre a esfera e faa a respetiva legenda.

2. A esfera atinge, a partir de determinado instante, a velocidade terminal. Justifique a afirmao.

3. Analisando as foras que atuam sobre uma pequena esfera metlica, em queda no seio de um lquido, e

aplicando a segunda lei de Newton, demonstre que o coeficiente de viscosidade dado pela expresso:

2

2 ( )

9

m l

t

r g

v

( a uma dada temperatura )

onde m

e l

so as massas volmicas do metal da esfera e do lquido, respetivamente, r o raio

da esfera e t

v o mdulo da sua velocidade terminal.

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COEFICIENTE DE VISCOSIDADE DE UM LQUIDO

Parte II - Execuo da experincia e recolha de dados. Material e Equipamento (por grupo)

Proveta de 2 dm3 com detergente de loia muito viscoso ( por exemplo Super Pop Limo)

Rgua

Craveira

Cronmetro

Esferas metlicas de dimetro 3,5 mm, 4,0 mm e 4,5 mm.

Balana

Termmetro

Densmetro

Pina

Caneta de acetato Procedimento

A- DETERMINAO DAS MASSAS VOLMICAS DO LQUIDO E DO METAL

1. Realize a montagem da figura.

2. Deite algumas das esferas de 4,0 mm dentro do vaso e verifique a partir de que altura elas passam a ter movimento uniforme. Fixe a diviso da proveta correspondente ao incio do movimento, e qual a diviso, um pouco antes de atingir o fundo, correspondente ao fim do movimento. Mea e registe a

distncia , d , entre as duas divises.

3. Mea e registe as temperaturas ambiente e do lquido.

4. Mea e registe a massa volmica do lquido.

5. Para trs esferas iguais, mea o respetivo dimetro. Determine o dimetro e raio mdios.

6. Utilize a balana para medir a massa das trs esferas do dimetro selecionado anteriormente. Registe.

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7. Determine a massa volmica do material de que so feitas as esferas: e s fe ra

e s fe ra

e s fe ra

m

V

8. Repita os pontos 5, 6 e 7 para as esferas de outros dimetros.

9. Determine o valor mais provvel da massa volmica do metal da esfera, assim como, as suas incertezas absoluta e relativa.

d _____________ m lq u id o

________ kg m-3

a m b ien te

______C lqu ido

______ C

a = ____________ kg m-3

r = _________ %

es fera = ( _________ _________) kg m-3

Esfera

D iam /m

m d ioD ia m

/m

m d ioR

/m

e s fe raV

/m3

trs es fera sm

/ kg

u m a es fe ram

/kg

es fera

/kgm-3

e s fe ra

/kgm-3

e s fe rae s fe ra

/kgm-3

1

2

3

1

2

3

1

2

3

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B- DETERMINAO DA VELOCIDADE TERMINAL

1. Com ajuda da pina deixar cair uma esfera, no centro da proveta, e medir o tempo t que a esfera

leva a percorrer a distncia d . Minimize os erros de paralaxe.

2. Realize mais dois ensaios com esferas do mesmo dimetro. Determine o tempo mdio , t .

3. Determine o mdulo da velocidade terminal mdia : t

dv

t

4. Repita os ensaios utilizando esferas de outros dimetros.

5. Retire as esferas do fundo da proveta. Limpe-as e guarde-as.

Dimetrom

dio

/m

Raiomdio

/m

Esfera t /s

t /s

tv

/m s-1

1

2

3

1

2

3

1

2

3

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Parte III Clculos, anlise dos resultados e concluses

1. Determine as grandezas representadas nas tabelas anteriores.

2. Qual das esferas atinge mais rapidamente a velocidade terminal? Porqu?

3. Construa um grfico que relacione o mdulo da velocidade terminal com o raio das esferas, de modo que essa relao seja linear.

4. Obtenha, a partir desse grfico, o declive e a ordenada na origem da reta de regresso, assim como o

quadrado do coeficiente de correlao. Analise.

5. O que representa o declive da reta anterior? Obtenha, a partir dele, o coeficiente de viscosidade do lquido.

6. Compare o valor do coeficiente de viscosidade obtido com o determinado pelos outros grupos. Em que

grupo foi maior a preciso dos resultados?

7. Nas regies de clima frio usa-se, nos carros, um leo menos viscoso no inverno e um leo mais viscoso no vero. Porqu?