La propiedad que describe el espesor o la delgadez de un líquido se llama viscosidad; Los líquidos de alta viscosidad (espesos) se diferencian de los de baja viscosidad (delgados). También utilizarás la teoría de partículas para explicar algunos comportamientos y propiedades de los fluidos: líquidos y gases. A líquido es cualquier sustancia que fluye. La teoría de partículas puede explicar por qué algunas sustancias fluyen y otras no.
¿Qué tan rápido fluyen los fluidos?
Algunos líquidos pueden fluir más rápido que otros. El jugo de naranja fluye libremente de una jarra o de un cartón, pero ¿cómo describirías el flujo de jarabe de chocolate de una botella o el flujo de miel de un frasco?
¿Cuál crees que fluiría primero hasta el final de una sartén? Si quisieras saber qué tan rápido puedes correr, podrías pedirle a un amigo que cronometre cuánto tiempo te tomaría correr, digamos, 100 m.
Esta medida sería tu velocidad. De manera similar, se podría medir qué tan rápido “corre” un fluido. Medirías el tiempo que tarda el fluido en fluir de un punto a otro (su distancia). Esta característica se llama tasa de flujo.
Así como ciertas variables pueden ralentizarte en una carrera, ciertas variables también pueden ralentizar el flujo de fluidos. ¿Qué propiedad de los fluidos crees que podría hacer que un líquido se desacelere?
Aplicaciones de la viscosidad en líquidos
¿Por qué podría ser importante saber cómo determinar el caudal y, por tanto, la viscosidad de un líquido? La viscosidad de los líquidos es una propiedad importante que debe medirse con precisión en algunas industrias. Por ejemplo, la viscosidad de pinturas, barnices y productos domésticos similares está estrechamente regulada, de modo que las pinturas y barnices se pueden aplicar de manera suave y uniforme con una brocha y rodillo.
De hecho, los anticuarios y muchos propietarios se alegran de que el líquido decapante para muebles finalmente se haya espesado. En el pasado, este líquido fino y maloliente era difícil de usar porque tendía a escurrirse por los muebles antes de que tuviera la oportunidad de eliminar la pintura y los acabados viejos. Ahora, sin embargo, se ha aumentado la viscosidad para producir una textura casi gelatinosa, de modo que el producto es más fácil de aplicar y se adhiere bien a la superficie de los muebles.
La viscosidad de algunos medicamentos, como los diversos líquidos utilizados para eliminar las verrugas, también se ha modificado para facilitar su aplicación. Las compañías farmacéuticas fabrican medicamentos, como el jarabe para la tos, que tienen una alta viscosidad pero aún son bebibles, para cubrir y calmar la garganta. Las personas en muchas ocupaciones necesitan saber cómo ajustar la viscosidad de una sustancia para adaptarla a aplicaciones específicas. Por ejemplo, los chefs necesitan saber cómo hacer salsas más finas que las salsas y glaseados más espesos que los glaseados. Los mecánicos deben elegir un aceite de motor que tenga la viscosidad adecuada para la temporada.
Los artistas necesitan saber cómo diluir o espesar pinturas al óleo o acrílicas. Los técnicos deben controlar la viscosidad de diversos productos químicos en las plantas de procesamiento de productos químicos.
Ahora Piensa en el chocolate por un minuto. La cobertura de las barras de chocolate debe tener exactamente la consistencia y temperatura adecuadas para poder cubrir la barra completamente con la misma cantidad de chocolate cada vez. Algunas coberturas de dulces son especialmente sensibles a la temperatura. Si el cañón permaneciera demasiado caliente durante demasiado tiempo, podría volverse tan duro que sería desagradable morderlo. Entonces habría que rehacer los dulces.
La industria canadiense del jarabe de arce depende del control de la viscosidad de un líquido. El jarabe de arce proviene de la savia de los arces azucareros. La savia en sí es fina, líquida y no tiene un sabor dulce. Sin embargo, cuando se calienta la savia y la mayor parte del agua se ha evaporado, el resultado es un almíbar espeso, dulce y sabroso, ¡irresistible para tortitas y gofres!
Por qué varía la viscosidad
¿Qué pasa si un pequeño grupo de amigos intenta moverse entre una gran multitud de personas en el centro comercial? ¿Sería más fácil colarse entre la multitud si fueran un grupo de estudiantes de tercer grado o adultos?
Bueno, suponiendo que los de tercer grado sean más pequeños y ocupen menos espacio que los adultos, (teóricamente) debería ser más fácil para los niños pasar porque pueden caber más fácilmente en cualquier espacio vacío entre la multitud.
De manera similar, la teoría de partículas sugiere que las partículas pequeñas se mueven entre sí más fácilmente que las partículas grandes. Las partículas grandes ocupan más espacio.
Pero ahora imagina que todos en ese centro comercial (incluidos los niños) llevan paquetes, bolsas o mochilas enormes, etc., etc. ¿Cómo afectaría eso su capacidad para navegar entre una gran multitud? Evidentemente, sería más difícil porque el “voluminosidad” de cada uno estaría ocupando más espacio. Del mismo modo, algunas partículas son más voluminosas que otras debido a su forma. Por ejemplo, las partículas de aceite son más voluminosas que las de agua. Por tanto, el petróleo es más viscoso que el agua.
Finalmente, imagine que todos en el centro comercial se mueven muy, MUY lentamente y no se apartan cuando los niños intentan pasar. En esta situación, tomaría aún más tiempo moverse entre la multitud. Esto es similar a lo que les sucede a las partículas cuando se enfrían: se desaceleran.
Aunque todos los fluidos fluyen suavemente, fluyen a velocidades diferentes porque tienen diferentes viscosidades. Otra forma de definir la viscosidad es resistencia al flujo. La resistencia al flujo significa que las partículas pueden moverse, pero puede resultarles difícil pasar entre sí; esta resistencia genera fricción interna. Otra palabra para fricción es «frotar». Es más fácil patinar sobre hielo que sobre pavimento porque la fricción entre los patines y el hielo es menor que la fricción entre los patines y el pavimento.
De manera similar, es más fácil para algunas partículas fluidas pasar unas sobre otras, en comparación con otras. Las partículas de agua se deslizan entre sí con facilidad, pero las partículas de miel tienen más fricción interna y, por lo tanto, no fluyen tan fácilmente. Si los fluidos son relativamente grandes o voluminosos, estas partículas tardan más en pasar entre sí y, por lo tanto, el caudal del fluido disminuye.
La capacidad de un líquido para fluir también depende de la energía que tienen las partículas para moverse. Cuanto más caliente se vuelve el líquido, más energía tienen las partículas para apartarse y dejar espacio para el paso de otras partículas. Sin embargo, a medida que baja la temperatura, las partículas tienen menos energía para moverse, por lo que los espacios vacíos entre ellas se hacen cada vez más pequeños. En general, la viscosidad de un fluido disminuye a medida que el fluido se calienta y aumenta a medida que el fluido se enfría.
¿Qué factores afectan la viscosidad de los gases?
Aunque los gases, en general, fluyen mucho más fácilmente que los líquidos, la viscosidad de los gases también puede variar. El tamaño y la forma (o volumen) de las partículas de gas y la temperatura son factores que afectan la viscosidad de los gases así como la viscosidad de los líquidos. Al igual que las partículas líquidas, a medida que las partículas de gas se hacen más grandes y voluminosas, su viscosidad aumenta.
Sin embargo, el efecto de la temperatura sobre las partículas de gas es diferente del efecto sobre las partículas de líquido. Mientras que un aumento de temperatura reduce la viscosidad en los líquidos, ocurre lo contrario en el caso de los gases. ¿Por qué? Las partículas de gas no dependen de un aumento de energía (un aumento de temperatura) para separarse más, como es el caso de los líquidos.
La teoría de las partículas sugiere que las partículas de gas ya están muy alejadas unas de otras. La energía adicional aumenta la fricción interna de las partículas de gas porque las partículas se aceleran y chocan entre sí con mayor frecuencia. Las temperaturas más frías en los gases mantienen baja la fricción interna (y por lo tanto la viscosidad).