Física: Fenómenos de superficie
Viscosidad, Ley de Poiseuille
1- Luego
de visualizar el siguiente material, Interpreta y explica:
https://es.khanacademy.org/science/ap-physics-2/ap-fluids/modal/v/viscosity-and-poiseuille-flow
a- De que
magnitudes depende la fuerza de viscosidad.
b-¿Cómo se
obtiene el coeficiente de viscosidad η (eta)?
c-Las unidades
en el sistema internacional( SI), la unidad Poise, el centipoise y la
equivalencia entre Poise y Pa.seg.
d- Anota la
viscosidad del agua a 20 ºC, de la sangre completa, de la glicerina.
e- Se ha
colocado una capa de glicerina de 1,5 mm entre dos potaobjetos de 1 cm de ancho
y 4 cm de largo. Calcule la fuerza que se requiere para deslizar uno de los
portaobjetos con una rapidez constante de 0,3 m/s respecto del otro.Rta: 0,12 N
2- Dado
el perfil de velocidad de un fluido que se desplaza en un tubo uniforme,
explica por qué la razón de flujo depende de la ley de Poiseuille. ¿Qué
condiciones debe cumplir el fluido?
b- Un paciente
recibe una transfusión de sangre por medio de una aguja de 0,2 mm de radio y 2
cm de longitud. La densidad de la sangre es de 1050 kg /m3. La
botella que suministra la sangre está a 0,50 m por encima del brazo del
paciente. ¿Cuál es la razón de flujo a través de la aguja? Rta: 6 x 10-8
m3/s
Número de Reynolds
1-a) Explica cómo se determina el
número de Reynolds y demuestra que es un número adimensional (sin unidad).
b)Determine la rapidez a la cual
el flujo de sangre en una arteria de 0,2 cm de diámetro se haría turbulento.
Suponga que la densidad de la sangre es de 1050 kg/m3 y que su
viscosidad es de 2,7 x 10-3 Pa.s . Rta: 3,9 m/s
Velocidad límite:
Si se considera un objeto que cae
verticalmente en ausencia del aire, debido a la aceleración de la gravedad su
velocidad se incrementaría con el tiempo. Sin embargo, las fuerzas de fricción
o de resistencia del aire impiden que la velocidad aumente sin límite de tal
manera que en algún momento el objeto alcanza una velocidad constante
denominada velocidad terminal o límite. Ahora, si el objeto es una esfera que
desciende verticalmente en un fluido en reposo, su velocidad terminal se puede
calcular haciendo un balance de las fuerzas que actúan sobre ella. En la figura
1 se presenta un esquema en el cual se representan las fuerzas que actúan sobre
la esfera, éstas son el peso de la esfera ( P = mg), el empuje ( E = ρ fluido
g Vc ) y la fuerza de resistencia ( Fr ) que ejerce el fluido
sobre la esfera.
Como el sentido positivo del
sistema de referencia es hacía abajo y el movimiento es unidimensional,
entonces al hacer el balance de fuerzas se tiene que:
Fr + E = Peso ecuación de equilibrio
George Stokes (1845) determine
que la magnitud de la fuerza resistiva
sobre un objeto esférico muy pequeño de radio r que cae lentamente en un fluido
de viscosidad eta con rapidez v está dada por: Fr = 6 π η r v; el peso en
función de la densidad es P = m g = ρ g V, reemplazando el volumen por la
ecuación del volumen de una esfera: P = ρmaterial g (4/3 π r3).
La magnitud de la fuerza de
empuje es E = ρ fluido g (4/3 π r3).
Actividad:
1-Reemplaza en la ecuación de equilibrio por las ecuaciones de fuerza
resistiva Fr, peso y empuje, luego despeja velocidad terminal vt:
2-Una perla cuya densidad es de 2
x103 kg /m3 y que tiene un radio de 2 mm cae en un champú
líquido con una densidad de 1,4 x 10 3 kg/m3 y una viscosidad de 0,5
x 10-3 Pa.s. Determine la rapidez terminal de la perla. Rta: 10,45
m/s
Tensión superficial y adherencia, explicación conceptual
https://es.khanacademy.org/science/physics/fluids/fluid-dynamics/v/surface-tension-and-adhesion
Ley de Laplace, Ley de Jurin
En el siguiente link podrás
interpretar las ecuaciones de tensión superficial, Ley de Laplace, ejemplos
biológicos. Ángulos de contacto, capilaridad, Ley de Jurin, ejemplos
biológicos.
https://www.ugr.es/~pittau/FISBIO/t5.pdf
