Viscosidade: exemplos, causas, unidades, tipos - Ciência - 2023

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o viscosidade é uma medida do atrito experimentado por uma parte de um fluido (líquido ou gás) e suas moléculas quando ele se move em uma direção. Essa propriedade também está relacionada à resistência de um fluido a sofrer deformação.

Alguns exemplos de viscosidade ou substâncias viscosas são mel, óleo, pasta de dente, gel de cabelo ou shampoo, xaropes de farmácia e alguns produtos químicos, como mercúrio.

Viscosidade é um nível de "espessura" de um fluido. Existem líquidos que fluem com muita facilidade, por exemplo, água, por isso são chamados de fluidos "leves". Enquanto isso, temos líquidos fluindo lentamente, como o ketchup (pasta de tomate), que são chamados de "espessos". Nesse sentido, a fluidez seria o oposto da viscosidade.

Outra forma de expressar a viscosidade de uma substância é em relação à sua penetrabilidade. Então, a viscosidade também é uma medida da resistência que um fluido apresenta ao movimento de um corpo ou objeto através dele.

Observa-se, por exemplo, que alguns grãos de milho afundam sem dificuldade na água: um líquido de baixa viscosidade. No entanto, eles fazem isso muito lentamente no mel - um líquido viscoso.

Em comparação com a água, o ar tem uma viscosidade de 1,983 · 10^-5 Pa · s; ou seja, cerca de 100 vezes menos. Enquanto um sólido, como o vidro, tem uma viscosidade muito alta, da ordem de 10⁴⁰ País.

Causas da viscosidade

Quando um líquido se move em baixa velocidade, ele se quebra em camadas que se movem umas em relação às outras. As folhas em contato com as paredes do duto se movem com menos velocidade, pois sofrem maior atrito.

Porém, as lâminas do líquido que se localizam em direção à parte central do mesmo, movem-se com maior velocidade, pois sofrem menos atrito. Esse tipo de fluxo é denominado laminar. Mas quando a velocidade do líquido atinge uma velocidade crítica, ele se torna um fluxo turbulento de maior viscosidade.

Definição e unidades

Viscosidade é a força que deve ser fornecida a uma folha de líquido para superar a força de atrito que ela experimenta com uma folha vizinha, que se move em relação a ela a uma determinada velocidade.

A viscosidade absoluta ou dinâmica usa as unidades SI: Ns / m², Pa · s ou Kg / m.s, sendo o Pa · s (pascal por segundo) a unidade mais utilizada para expressar a viscosidade. Entretanto, a unidade Pa · s é pouco utilizada em escritos técnicos e científicos relacionados à viscosidade.

Em vez disso, a unidade mais comumente usada nesses escritos, com base nos cgs (centímetro-grama-segundo), é o dine s / cm², que é chamado de poise (P), em homenagem ao fisiologista francês Jean Poiseuille.

Equivalências

10 poise é igual a 1 Pa · s.

Por razões práticas, a viscosidade é geralmente expressa em centipoise (cP); ou seja, 10^-2 P ou um centésimo de um equilíbrio. Assim, a viscosidade da água é 1 cP.

Na viscosidade cinemática, a unidade m é usada²/ s, mas o comumente usado é chamado de Stoke (st), cuja equivalência é:

1 St = 10^-4m²/ s = 1 cm²/ s

E, por sua vez, 1 stoke é igual a 10 Poise.

Fórmula de viscosidade

A fórmula da viscosidade é expressa usando a equação de Newton para fluidos:

F / A = η dv / dr

Onde F / A é a força aplicada por unidade de área para produzir o deslocamento de uma porção laminar, η a viscosidade e dv / dr a variação na velocidade.

A semelhança desta Lei com a segunda lei de Newton para o movimento dos corpos pode ser observada:

F = m a

Ser capaz de igualar a massa com a viscosidade.

Tipos de viscosidade

Existem dois tipos de viscosidade: a viscosidade absoluta ou dinâmica e a viscosidade cinemática.

Viscosidade absoluta ou dinâmica

A viscosidade absoluta é a força que deve ser aplicada por unidade de área para mover uma folha de líquido horizontalmente em relação a outra folha de líquido em uma unidade de velocidade. As referências à viscosidade podem ser estendidas à viscosidade absoluta, pois são iguais.

Viscosidade cinemática

É a relação entre a viscosidade absoluta e a densidade do líquido:

ν = η / ρ

Onde ν é a viscosidade cinemática (m²/ s), η a viscosidade absoluta ou dinâmica (N s / m²), e ρ a densidade (Kg / m³) A viscosidade cinemática também é representada pelo símbolo µ.

A viscosidade de um líquido é influenciada pela temperatura, então as temperaturas de referência são usadas: 100ºC para líquidos residuais e 40ºC para líquidos diluídos.

A viscosidade cinemática, como a viscosidade absoluta, diminui com o aumento da temperatura.

Viscosidade da água

A viscosidade da água líquida varia em função da temperatura. Por exemplo: sua viscosidade é 1.308 cP, a 20ºC, e 0,4658 a 60ºC. Essa diminuição ocorre porque o aumento da temperatura diminui a coesão entre as moléculas de água. Portanto, suas lâminas de líquido deslizam umas sobre as outras com mais facilidade e rapidez.

Exemplos de substâncias viscosas

Óleo

Óleo é qualquer substância líquida e gordurosa obtida após o processamento de diferentes sementes e frutos. Por outro lado, os óleos combustíveis são obtidos a partir do refino de petróleo.

Cada um desses óleos tem características e usos específicos. Porém, um dos elementos que compõem os dois tipos de óleos é justamente sua viscosidade, os óleos combustíveis tendem a ter um grau de viscosidade superior aos comestíveis.

Mel

É um fluido que as abelhas produzem do néctar das flores ou excrementos de partes vivas das plantas. Pode-se dizer que o mel é um dos fluidos animais mais viscosos e doces.

No entanto, às vezes o mel pode ter diferentes graus de viscosidade devido ao processamento pós-captura. Às vezes, eles misturam mel com açúcar e outros elementos para comercializá-lo e isso faz com que perca viscosidade.

Pasta de dente

A pasta de dentes é um exemplo perfeito de um fluido altamente viscoso que encontramos todos os dias em nossas tarefas domésticas. É feito de água, abrasivos, espuma, corantes, flúor e outros produtos químicos. É também chamado de pasta de dente ou pasta de dente.

Gel de cabelo

É um dos casos mais particulares porque sua estrutura é semelhante à dos sólidos, mas é um líquido com alto volume de viscosidade.

Alguns géis podem passar de um estado para outro, dependendo de como são usados. Quando são agitados, são líquidos e quando permanecem imóveis, tornam-se sólidos.

Glicerina

É uma espécie de álcool com três grupos hidroxila. Apresenta-se na forma líquida a uma temperatura ideal em torno de 25ºC, possui alto coeficiente de viscosidade e sabor adocicado. A glicerina é encontrada em todas as gorduras e óleos animais.

Suas aplicações são diversas no plano comercial, é utilizado para a produção de cosméticos, sabões, detergentes, umectantes, antissépticos, solventes, lubrificantes e muito mais.

Álcool etilico

É um álcool normal, incolor e inflamável com ponto de ebulição de 78,4ºC. É o principal produto para a produção de bebidas alcoólicas como whisky, vinho, cerveja, rum e conhaque. Os graus de viscosidade em álcoois são geralmente muito baixos.

Betume

Também chamado de betume, é uma mistura de substâncias orgânicas pretas que contêm uma alta densidade, completamente solúvel em “dissulfeto de carbono” e é composto principalmente de hidrocarbonetos. É uma das substâncias orgânicas mais viscosas que podem ser encontradas na natureza.

Essa viscosidade é causada pelos elementos que a compõem: enxofre, metais, vanádio, chumbo, mercúrio, arsênio e selênio; elementos pesados e viscosos que quando integrados formam um composto ainda mais viscoso.

Xaropes

Eles são um tipo de medicamento líquido feito de produtos químicos. Os xaropes possuem alta viscosidade porque entre seus principais componentes está o açúcar.

O açúcar cumpre uma dupla função, por um lado, de agregar viscosidade ao fluido e, por outro, é um adoçante que confere à mistura um sabor adocicado.

É um dos componentes mais utilizados em pediatria e pode ser ingerido tanto por crianças como por adultos.

Arremesso

É uma substância de cor avermelhada escura que se obtém destilando a madeira de vários tipos de árvores em chamas. Seu grau de viscosidade é muito alto devido à confluência de compostos que se fundem.

O piche pode ser usado como anti-séptico, para manutenção da máquina. Alguns jogadores de basquete espalham nas mãos para segurar melhor a bola.

Mercúrio

É um elemento químico que usa o símbolo Hg. O mercúrio é o único elemento metálico que é líquido nas condições padrão. Por ser pesado e devido à sua estrutura química, o mercúrio apresenta alto grau de viscosidade.

Hoje é comum usar o mercúrio para fins de pesquisa, também é usado para fazer lâmpadas fluorescentes e amálgamas dentais.

As substâncias viscosas aparecem tanto em substâncias cotidianas quanto em elementos necessários para realizar processos industriais. Sem essa propriedade dos fluidos, certamente a vida seria muito diferente.

O sangue

O sangue tem uma viscosidade entre 3 e 4 cP para um hematócrito de 45%. Mas à medida que o hematócrito aumenta, a viscosidade do sangue aumenta exponencialmente. Essa circunstância aumenta o trabalho cardíaco.

Óleo de motor

A viscosidade do óleo varia com seu tipo. Mas, em geral, a viscosidade de um óleo de motor é maior que 100 cP, explicada pelo tamanho das moléculas de óleo.

A gasolina

A gasolina é uma mistura de hidrocarbonetos obtida pela destilação do petróleo. Possui viscosidade inferior à da água e com um valor, dependendo do tipo, oscilando entre 0,40 e 0,88 cP. Em parte, isso ocorre porque, embora suas moléculas sejam mais pesadas, suas interações intermoleculares são mais fracas.

Referências

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