Viscosidade
A viscosidade é a propriedade dos fluidos correspondente ao transporte microscópico de quantidade de movimento por difusão molecular. Ou
seja, quanto maior a viscosidade, menor será a velocidade em que o fluido se movimenta.
Definição
É a propriedade física que
caracteriza a resistência de um fluido ao escoamento, a uma dada temperatura.
Define-se pela lei de Newton da viscosidade:
Onde
é a taxa de
deformação angular do fluido, enquanto que a constante
é o coeficiente de viscosidade, viscosidade absoluta ou viscosidade dinâmica. Muitos
fluidos, como a água ou a
maioria dos gases, satisfazem os critérios de Newton e por isso são
conhecidos como fluidos newtonianos. Os
fluidos não newtonianos têm um comportamento mais complexo e não linear.
As suspensões
coloidais, as emulsões e os géis são
exemplos de fluidos não newtonianos, como o sangue, o ketchup, as suspensões de amido, as tintas e o petróleo.
O coeficiente de viscosidade desses fluidos
não é constante.
Viscosidade
é a propriedade associada à resistência que o fluido oferece a deformação por
cisalhamento. De outra maneira pode-se dizer que a viscosidade corresponde ao
atrito interno nos fluidos devido basicamente a interações intermoleculares,
sendo em geral função da temperatura. É comumente percebida como a
"grossura", ou resistência ao despejamento. Viscosidade descreve a
resistência interna para fluir de um fluido e deve ser pensada como a medida do
atrito do fluido. Assim, a água é "fina", tendo uma baixa
viscosidade, enquanto óleo vegetal é
"grosso", tendo uma alta
viscosidade.
Viscosidade
cinemática
A viscosidade cinemática (letra
grega ni, ν), é definida por:
em que ρ é a massa específica do fluido.
Unidades
No SI, a
unidade da viscosidade cinemática ν é m²/s . No
sistema CGS é utilizada a unidade Stokes (St), sendo um Stokes igual a 10−4 m²/s e dada a
magnitude do seu valor é preferível utilizar a forma centistokes.
A
viscosidade absoluta tem como unidade Pa.s (N.s/m²) em unidades do SI . Essa
unidade é normalmente expressa em mPa.s dado a sua magnitude. Outra forma
conveniente, a partir do sistema CGS é o Poise, sendo um Poise igual a 0,1 Pa.s3 ou seja,
um centipoise (cP) é igual a 1 mPa.s.
Viscosidade nos
líquidos
A viscosidade de qualquer fluido vem de seu atrito interno. Nos fluidos
líquidos, este atrito interno origina-se das forças de atração entre moléculas
relativamente próximas. Com o aumento da temperatura, a energia cinética média
das moléculas se torna maior e consequentemente o intervalo de tempo médio no
qual as moléculas passam próximas umas das outras torna-se menor. Assim, as
forças intermoleculares se tornam menos efetivas e a viscosidade diminui com o
aumento da temperatura. Por este motivo, um óleo lubrificante torna-se menos
viscoso com o aumento da temperatura.
Viscosidade dos
gases
m um gás as moléculas estão em média a distâncias relativamente grandes
umas das outras, disto originando-se sua baixa densidade. Assim sendo, as
forças de atração entre moléculas não são efetivas na transmissão da energia
cinética e por este motivo essas forças não podem produzir sua viscosidade. A
viscosidade de um gás é produzida predominantemente da transferência de momentum, ou seja, da transferência de quantidade de movimento entre camadas adjacentes que se movam
com velocidades de módulos diferentes. Por este motivo, a
viscosidade de um gás aumenta com sua temperatura, pois a velocidade média das
partículas do gás aumenta com sua temperatura, tornando a transmissão de
energia cada vez mais difícil.
Viscosidade nos
líquidos
A viscosidade de qualquer fluido vem de seu atrito interno. Nos fluidos
líquidos, este atrito interno origina-se das forças de atração entre moléculas
relativamente próximas. Com o aumento da temperatura, a energia cinética média
das moléculas se torna maior e consequentemente o intervalo de tempo médio no
qual as moléculas passam próximas umas das outras torna-se menor. Assim, as
forças intermoleculares se tornam menos efetivas e a viscosidade diminui com o
aumento da temperatura. Por este motivo, um óleo lubrificante torna-se menos
viscoso com o aumento da temperatura.
Viscosidade dos
gases
m um gás as moléculas estão em média a distâncias relativamente grandes
umas das outras, disto originando-se sua baixa densidade. Assim sendo, as
forças de atração entre moléculas não são efetivas na transmissão da energia
cinética e por este motivo essas forças não podem produzir sua viscosidade. A
viscosidade de um gás é produzida predominantemente da transferência de momentum, ou seja, da transferência de quantidade de movimento entre camadas adjacentes que se movam
com velocidades de módulos diferentes. Por este motivo, a
viscosidade de um gás aumenta com sua temperatura, pois a velocidade média das
partículas do gás aumenta com sua temperatura, tornando a transmissão de
energia cada vez mais difícil.
Viscosidade nos
líquidos
A viscosidade de qualquer fluido vem de seu atrito interno. Nos fluidos
líquidos, este atrito interno origina-se das forças de atração entre moléculas
relativamente próximas. Com o aumento da temperatura, a energia cinética média
das moléculas se torna maior e consequentemente o intervalo de tempo médio no
qual as moléculas passam próximas umas das outras torna-se menor. Assim, as
forças intermoleculares se tornam menos efetivas e a viscosidade diminui com o
aumento da temperatura. Por este motivo, um óleo lubrificante torna-se menos
viscoso com o aumento da temperatura.
Viscosidade dos
gases
m um gás as moléculas estão em média a distâncias relativamente grandes
umas das outras, disto originando-se sua baixa densidade. Assim sendo, as
forças de atração entre moléculas não são efetivas na transmissão da energia
cinética e por este motivo essas forças não podem produzir sua viscosidade. A
viscosidade de um gás é produzida predominantemente da transferência de momentum, ou seja, da transferência de quantidade de movimento entre camadas adjacentes que se movam
com velocidades de módulos diferentes. Por este motivo, a
viscosidade de um gás aumenta com sua temperatura, pois a velocidade média das
partículas do gás aumenta com sua temperatura, tornando a transmissão de
energia cada vez mais difícil.
Viscosidade de alguns materiais comuns
Algumas viscosidades de fluidos
newtonianos estão listadas abaixo:
| |
|
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|
8,4 × 10−6
|
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17,2 × 10−6
|
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21,2 × 10−6
|
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viscosidade (Pa·s)
|
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0,248 × 10−3
|
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|
0,326 × 10−3
|
|
|
0,597 × 10−3
|
|
|
2,256 × 10−3
|
|
|
0,64 × 10−3
|
|
|
1,0030 × 10−3
|
|
|
2,0 × 10−3
|
|
|
17,0 × 10−3
|
|
|
30 × 10−3
|
|
|
81 × 10−3
|
|
|
0,985
|
|
|
1,485
|
|
|
10³
|
|
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107
|
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1040
|
|
|
4 × 10−3
|
Fluidos com composições variadas,
como mel, podem ter uma grande variedade de viscosidades.
Medição de Viscosidade
O coeficiente de viscosidade pode ser
medido através do seguinte experimento: deixa-se uma esfera cair em um fluido,
e mede-se a sua velocidade terminal. Então, aplicando-se a Lei de Stokes:
em que:
: aceleração gravitacional, expressa em m/s²;
: raio do corpo, expresso em m;
ρesfera: massa volúmica
(massa específica) da esfera, expressa em kg/m³;
ρfluido: massa volúmica do
fluido, expressa em kg/m³;
vterminal: a velocidade
terminal que a esfera atinge no fluido, expressa em m/s;
