Recipientes; cuentagotas; agua; glicerina; aceite; un espejo.

Densidad y viscosidad

La densidad es el cociente entre la masa (m) y el volumen (V)            (1)

La viscosidad es una propiedad de los fluidos que explica la relación entre la fuerza aplicada para moverlos y la velocidad con que se mueven. La fuerza necesaria para desplazar un fluido viscoso (F), es proporcional a la superficie de fluido que se desplaza (S)              (2)

La fuerza también es proporcional a la viscosidad del fluido (a más viscoso es necesaria más fuerza) y también al gradiente de velocidades dv/dz. Las capas del fluido más próximas al punto en que se ejerce la fuerza se mueven con más velocidad que las capas más alejadas. Es decir, hay un gradiente de velocidades (v) con la profundidad (z): dv/dz.

Procedimiento

Vertemos, glicerina, agua y aceite en un recipiente. Observamos que la glicerina va al fondo mientras que el aceite flota en la superficie. La glicerina es más densa que el agua (1.261 g/cm³ de la glicerina frente a 0.997 g/cm³ del agua) y por eso se hunde. Sin embargo, el aceite de oliva es menos denso (0.920 g/cm³) y flotará pues el empuje será mayor que el peso.

A continuación colocamos el espejo de manera que quede inclinado. Dejamos caer simultáneamente sobre el espejo una gota de agua y otra de aceite con el cuentagotas. Veremos que la gota de aceite desciende más lentamente que la gota de agua porque es más viscosa. Es decir, el aceite es menos denso que el agua pero más viscoso (0.081 Pa s frente a 0.001 Pa s del agua)

Ahora dejamos caer simultáneamente una gota de agua y una gota de glicerina. La glicerina es tan viscosa que la gota desciende muy lentamente. En este caso la glicerina es más densa que el agua y también más viscosa (1.2 Pa s frente a 0.001 Pa s del agua)

La densidad y la viscosidad son independientes. Podemos encontrar líquidos más viscosos que el agua, para densidades superiores (glicerina) o inferiores a la del agua (aceite).

Se recomienda combinar con la demostración de la viscosidad (demo 62)

El orden en el que se viertan los fluidos en el recipiente no influye en el resultado. Sin embargo siguiendo el orden glicerina, agua y después aceite el resultado es más rápido. El agua y la glicerina son ambos transparentes, por lo que para ver que la glicerina está por debajo tendremos que mover ligeramente el recipiente. Como tienen un índice de refracción diferente podremos distinguir la glicerina dentro del agua.

Todos los valores de densidad y viscosidad se dan a temperatura ambiente (20-25ºC). Al finalizar, limpiar el espejo y descartar los líquidos utilizados en el apartado de la densidad.

1. La viscosidad es una propiedad característica de los fluidos que explica:

1. La relación entre la fuerza aplicada para moverlos y la velocidad con que se mueven.
2. La relación entre la fuerza aplicada para moverlos y la densidad del fluido.
3. La relación entre la potencia aplicada para moverlos y la temperatura.
4. Las tres anteriores son ciertas.

2. Para un determinado fluido:

1. Cuanto más viscoso sea el fluido es necesario más fuerza para moverlo.
2. Cuanto más viscoso sea el fluido es necesario menos fuerza para moverlo.
3. Cuanto menos viscoso sea el fluido es necesario más fuerza para moverlo.
4. Cuanto más denso sea el fluido es necesario más fuerza para moverlo.

3. Para un determinado esfuerzo de cizalla en un fluido, se cumple:

1. Cuanto más viscoso sea el fluido mayor será el gradiente de velocidad con que se mueve.
2. Cuanto más viscoso sea el fluido menor será el gradiente de velocidad con que se mueve.
3. Cuanto menos viscoso sea el fluido mayor será el gradiente de velocidad con que se mueve.
4. Cuanto menos denso sea el fluido menor será el gradiente de velocidad con que se mueve.

4. Las capas del fluido más próximas al punto en que se ejerce la fuerza:

1. Se mueven a más velocidad que las capas más alejadas.
2. Se mueven a menos velocidad que las capas más alejadas.
3. Se mueven a igual velocidad que las capas más alejadas.
4. Ninguna de las anteriores son ciertas.

5. Vertemos en un recipiente tres líquidos de diferente densidad y viscosidad:  acetona (791 kg/L; 0,32 cP),  tetracloruro de carbono (1,594 g/cm³, 0,91 cP) y el pentano ( 626 kg/ m³; 0,24 cP), observaremos:

1. Que se hunde el tetracloruro de carbono y flota el pentano.
2. Que se hunde el pentano y flota el tetracloruro de carbono.
3. Que se hunde la acetona y flota el tetracloruro de carbono.
4. Que se hunde el pentano y flota el tetracloruro de carbono.

6. Colocamos un espejo de manera que quede inclinado. Dejamos caer una gota de cada uno de los líquidos de la cuestión anterior, observaremos:

1. Que la gota de tetracloruro de carbono desciende más lentamente porque es más viscosa.
2. Que la gota pentano desciende más lentamente porque es menos viscosa.
3. Que la gota de pentano desciende más lentamente porque es más densa.
4. Que la gota de acetona desciende más lentamente porque se compensan los valores de densidad y viscosidad.

7. Podemos concluir que:

1. La densidad y la viscosidad son independientes.
2. La densidad y la viscosidad dependen de la temperatura.
3. La densidad y la viscosidad como son propiedades características de los fluidos, no dependen de la temperatura.
4. Son ciertas (a) y (b).

Autores: Juan M. Pastor Pastor y Roberto Pedrós