Calcolatore della Legge di Stokes
Il calcolatore della legge di Stokes è uno strumento per analizzare il principio della dinamica di una particella sferica in un viscosimetro a sfera. Questo dispositivo è costituito da un tubo verticale riempito di liquido viscoso. Quando viene lasciata cadere nel tubo, una piccola particella è soggetta a una forza di trascinamento dovuta alla resistenza del fluido. Misurando la velocità che raggiunge all'estremità del tubo, puoi calcolare la viscosità del fluido.
Questo articolo spiegherà come si usa l'equazione della velocità terminale per determinare la viscosità, oltre ad approfondire la definizione di viscosità.
Definizione di viscosità
La viscosità di un fluido (gas o liquido) descrive la sua resistenza agli sforzi di taglio. Ad esempio, il miele, che è più "denso" dell'acqua, ha una viscosità molto più alta e quindi è più resistente agli sforzi di taglio. L'unità di misura della viscosità è il pascal al secondo (Pa·s).
Se vuoi visualizzare l'effetto della viscosità su un liquido, considera un flusso di acqua e miele che scorre lungo un pendio. L'acqua ha una bassa viscosità, quindi si muove più velocemente. Il miele, invece, scorrerà molto lentamente proprio a causa della sua viscosità.
🔎 Scopri di più sulla viscosità dell'acqua nel nostro calcolatore della viscosità dell'acqua.
Equazione della velocità terminale
Il nostro calcolatore della legge di Stokes trova la velocità terminale di una particella in un viscosimetro riempito con un fluido viscoso secondo il seguente calcolo:
dove:
- — Velocità terminale di una particella sferica;
- — Accelerazione gravitazionale: per la Terra, pari a
9,80665 m/s²; - — Diametro della particella;
- — Densità della particella;
- — Densità del fluido; e
- — Viscosità dinamica del fluido.
Puoi utilizzare questo calcolatore della velocità terminale 🇺🇸 per trovare uno qualsiasi di questi valori. Se devi determinare la viscosità, inserisci semplicemente tutti gli altri valori nelle rispettive caselle e riceverai la risposta! Se hai bisogno di aiuto per determinare la densità del materiale e del fluido, potresti trovare utile il nostro calcolatore di densità.
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Che cos'è la legge di Stokes?
La legge di Stokes è una formula dinamica che descrive il principio della dinamica di oggetti che strisciano in un fluido. Nella sua formulazione originale, la legge di Stokes calcola la forza totale che agisce su una sfera in caduta. Tuttavia, viene comunemente utilizzata per calcolare la viscosità di un fluido misurando la velocità media di caduta.
Come si calcola la legge di Stokes?
Per calcolare la legge di Stokes per la velocità terminale di una sfera in caduta, usa la seguente formula:
v = g × d² × (ρp - ρm)/(18 × μ)
dove:
- v — La velocità terminale;
- g — L'accelerazione dovuta alla gravità;
- d — Il diametro della sfera;
- μ — La viscosità dinamica del fluido; e
- ρp e ρm — Rispettivamente la densità delle particelle e la densità media.
Qual è la velocità terminale di una sfera di alluminio di 1 cm nell'olio?
La velocità terminale di una sfera con un diametro di 1 cm nell'olio, calcolata con la legge di Stokes, è di 0,27 m/s.
Per calcolare questo risultato, segui i seguenti passaggi:
-
Calcola la differenza tra le densità dell'alluminio e dell'olio:
ρp - ρm = 2710 - 850 kg/m³ =1860 kg/m³;
-
Calcola il prodotto g × d², dove g = 9,81 m/s²:
g × d² = 9,81 m/s² × 0,01² m² = 0,00098 1 m³/s²; e
-
Dividi il prodotto dei risultati dei punti 1 e 2 per 18 × μ, con μ = 0,38 Pa⋅s:
v = 0,00098 1 × 1860/(18 × 0,38) = 0,27 m/s.
Che cos'è la viscosità dinamica di un fluido?
La viscosità dinamica di un fluido è una quantità che misura la resistenza intrinseca di un fluido al movimento. Più alta è la viscosità dinamica, più difficile sarà per il fluido di muoversi o per un corpo di muoversi nel fluido. Conosciuta anche come viscosità assoluta, questa quantità ci indica la forza necessaria per muovere un fluido a una certa velocità. Se siamo interessati alla reazione di un fluido a una forza, la viscosità cinematica (il rapporto tra la viscosità dinamica e la densità del fluido) è più appropriata.