TENSION SUPERFICIAL Y CAPILARIDAD

Se denomina tensión superficial de un líquido a la cantidad de energía necesaria para aumentar su fuerza de superficie por unidad de área. Esta definición implica que el líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. Esta propiedad produce el fenómeno por el cual la superficie de un líquido tiende a comportarse como si fuera una delgada película elástica. Este efecto permite a algunos insectos, como el zapatero, desplazarse por la superficie del agua sin hundirse. La tensión superficial (una manifestación de las fuerzas intermoleculares en los líquidos), junto a las fuerzas que se dan entre los líquidos y las superficies sólidas que entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad

• La tensión superficial puede afectar a objetos de mayor tamaño impidiendo, por ejemplo el hundimiento de una flor

En los líquidos en reposo se desarrollan fuerzas moleculares de cohesión que actúan dentro de una pequeña zona, estas fuerzas moleculares de cohesión son las que producen la tensión superficial (σ) que podemos definirla como la fuerza en la superficie lineal a una línea longitudinal unitaria dibujada en la superficie del liquido, por lo que sus unidades serán g/cm.

Puesto que la tensión superficial dependen directamente de las fuerzas de cohesión intermolecular, su magnitud disminuirá a medida que se aumente la temperatura.

Supongamos que a una gota de agua la partimos por la mitad, entonces para poder realizar lo mencionado es necesario vencer ciertas fuerzas que son inherentes a ella, si hacemos equilibrio de fuerzas tendremos:

σ tensión superficial P Presión

La capilaridad es una propiedad de los líquidos que depende de su tensión superficial (la cual a su vez, depende de la cohesión o fuerza intermolecular del líquido), y le confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar de radio determinado.

Cuando las fuerzas de adhesión entre las moléculas de un liquido y un solido en particular son mayores que las fuerzas de cohesión entre las moléculas mismas del liquido, estas tienden a acumularse en la superficie solida y el área de contacto entre el liquido y el solido aumenta de frontera, después el liquido se extiende entre la frontera humedeciéndola, lo que conocemos como capilaridad.

Para el caso de el tubo capilar, podemos realizar una sumatoria de fuerzas e igualarlas a cero para obtener la altura que se elevara un liquido en el tubo capilar

VISCOSIDAD DE LOS FLUIDOS La viscosidad es la medida de resistencia que ofrecen las partículas fluidas para el desplazamiento, como resultado de la interacción y cohesión de moléculas Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal, en realidad todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones Para producir el desplazamiento de una partícula fluida tenemos que producir un esfuerzo cortante en la superficie de el fluido mediante una lamina de un área determinada en la que aplicamos una fuerza

Imaginemos un bloque sólido (no fluido) sometido a una fuerza tangencial, por ejemplo, una goma de borrar sobre la que se sitúa la palma de la mano que empuja en dirección paralela a la mesa; en este caso, el material sólido opone una resistencia a la fuerza aplicada, pero se deforma (b), tanto más cuanto menor sea su rigidez. Si imaginamos que la goma de borrar está formada por delgadas capas unas sobre otras, el resultado de la deformación es el desplazamiento relativo de unas capas respecto de las adyacentes, tal como muestra la figura (c).

En los líquidos, el pequeño rozamiento existente entre capas adyacentes se denomina viscosidad.

La fuerza aplicada se puede expresar:

Donde: 𝛇 es el esfuerzo cortante F es la fuerza aplicada en la placa de área A

Este tipo de resistencia la ofrece cada partícula fluida del medio, una capa tras otra y paralelas a la primera, lo que hace que se produzca una distribución de velocidades tal como se muestra en la figura, distribución que asumimos lineal debido al índice de deformación constante del fluido que será ΔV/ΔY

El coeficiente de viscosidad de un fluido viene a ser el equivalente al coeficiente de rozamiento de los sólidos y lo definimos como la relación entre el esfuerzo cortante y el índice de deformación cortante (ΔV/ΔY)

𝜇, es denominado viscosidad absoluta o viscosidad dinámica y generalmente lo aplicamos cuando la distribución de velocidades es lineal.

Pero si la distribución de velocidades no es lineal, el esfuerzo cortante varia de un punto a otro en el fluido, entonces el esfuerzo cortante será:

Donde ΔV/ΔY es la gradiente de velocidad o índice de deformación constante

𝑭

𝑨= 𝝁

𝚫𝐕

𝜟𝒀

La medición de la viscosidad de los fluido se realiza mediante instrumentos conocidos como viscosímetros y se encargan de medir la viscosidad de estos. La mayoría de viscosímetros tiene una relación entre la viscosidad cinemática y el tiempo y los parámetros correspondiente a cada viscosímetro.

La viscosidad cinemática se define como la relación entre la viscosidad dinámica y la densidad del fluido

viscosidad dinámica La unidad en el SI es el pascal-segundo (Pa·s), que corresponde exactamente a 1 N·s/m² ó 1 kg/(m·s). La unidad cgs para la viscosidad dinámica es el poise (P), cuyo nombre homenajea a Jean Louis Marie Poiseuille. Se suele usar más su submúltiplo el centipoise (cP). El centipoise es más usado debido a que el agua tiene una viscosidad de 1,0020 cp a 20 °C 1 poise = 100 centipoise = 1 g/(cm·s) = 0,1 Pa·s. 1 centipoise = 1 mPa·s. Viscosidad cinemática La unidad en el SI es el (m²/s). La unidad física de la viscosidad cinemática en el Sistema CGS es el Stokes (abreviado S o St), cuyo nombre proviene de George Gabriel Stokes. A veces se expresa en términos de centistokes (cS o cSt). 1 stokes = 100 centistokes = 1 cm²/s = 0,0001 m²/s.

Unidades de viscosidad