Viscosità

Una conseguenza del moto molecolare è che i fluidi oppongono una certa resistenza allo scorrimento (viscosità dei fluidi).

La viscosità rappresenta l'attito interno di un liquido ed esprime la resistenza che si incontra facendo scorrere uno starto di liquido rispetto agli strati contigui; praticamente è la resistenza che hanno le molecole a muoversi le une rispetto alle altre; questa resistenza dipende dalle forze di coesione.

A temperatura costante, immaginiamo un liquido contenuto tra du epiani metallici AB e CD:

foto

Il piano AB è mobile, mentre il piano CD è un piano fisso e immaginiamo la massa liquida suddivisa in strati piani e paralleli.

Applichiamo una forza, F, costante e paralella al piano AB; tale forza imprime al piano AB un moto rettilineo uniforme caratterizzato da una velocità, v:

Per effetto dell'attrito interno che si manifesta sotto forma di una forza parallela ed opposta ad F, ogni strato di liquido si muoverà con velocità costante il cui valore è tanto più piccolo quanto maggiore è la distanza dello strato considerato dal piano AB.

Lo strato del liquido a contatto col piano CD ha velocità nulla.

Dall'osservazione dei fatti sperimentali, Newton ha ricavato che, a temperatura e pressione costanti, la forza F da apllicare al piano AB di superficie A per mantenere una differenza di velocità, Dv, tra due strati di liquidi adiacenti distanziati Dh che si muovono con moto rettilineo uniforme è:

La costae di proporzionalità prende il nome di coefficiente di viscosità o viscosità assoluta e rappresenta la forza da apllicare affinchè tra due strati di liquido di superficie unitaria si stabilisca un gradiente di velocità Dv/Dh anch'esso unitario.

La viscosità si esprime:

La misura della viscosità dei liquidi sono date misurando il tempo di efflusso attraverso un tubo capillare di un volume noto del liquido in esame.

Il metodo si basa  sul fatto che tanto   più è elevata la viscosità, tanto maggiore è il tempo di scorrimento di un dato volume di liquido all'interno di un tubo capillare. Si applica la legge di Poisseuille che è riassunta nell'equazione:

Poichè in pratica si usa confrontare la viscosità del liquido in esame  con quello di un liquido di riferimento del quale è nota la viscosità:

Dato che per una legge della statica dei fluidi (legge di Stevin), la differenza di pressione DP tra due livelli di un dato liquido soggetto alla sola azione della gravità è data dal prodotto della densità (d) del liquido per l'accellerazione di gravità (g) e per il dislivello (h):

nelle quali d1 e dr sono rispettivamente la densità del liquido in esame e di quello di riferimento.

Un altro metodo per la misura della viscosità è basato sul fatto che quando più è viscoso un liquido, tanto più lenta è la velocità di caduta di una sfera lasciata cadere liberamente. Questa proprietà è regolata dalla legge di Stokes in cui la forza di attrito è:

Poichè nella pratica si usa confrontare la viscosità del liquido in esame, con quella di um liquido di riferimento del quale è nota la viscosità assoluta:

Dove d è la sensità della sfera  e d'1 e d'r sono rispettivamente la densità del liquido in esame e di quello di riferimento mentre t1 e tr sono i tempi di caduta della sfera all'interno dei due liquidi.

Il viscosimetro impiegato per la determinazione della viscosità di liquidi molto viscosi è il Viscosimetro di Hoppler.