La viscosité d'un liquide est une mesure de la friction interne d'un liquide. Les liquides à haute viscosité s'écoulent lentement, tandis que les liquides à faible viscosité s'écoulent rapidement. La lave a une viscosité relativement élevée; l'eau a une valeur relativement faible. Vous pouvez mesurer la viscosité d'un liquide en mesurant la vitesse d'une sphère lorsqu'elle tombe à travers le liquide. La vitesse de la sphère, combinée aux densités relatives de la sphère et du liquide, peut être utilisée pour calculer la viscosité du liquide.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
En mesurant la vitesse d'une bille de métal lâchée dans un récipient de liquide, vous pouvez déterminer la viscosité du liquide.
Calcul de la densité de la balle
Mesurez la masse de votre balle, en utilisant votre balance. Par exemple, supposons que la masse de la balle est de 0,1 kilogramme (kg).
Trouvez le rayon de la balle en mesurant d'abord le diamètre (distance d'une ligne droite passant par la balle à la partie la plus large). Divisez le diamètre par 2; cela donne le rayon de votre balle. Calculer le volume de la balle en branchant le rayon dans l'équation du volume d'une sphère. Supposons que le roulement à billes a un rayon de 0,01 mètre (m). Le volume serait :
V=\frac{4}{3} \pi r^3 = \frac{4}{3} \pi 0.01^3 =0.00000419\text{ m}^3
Calculez la densité de la balle en divisant sa masse par son volume. La densité de la balle dans l'exemple serait :
d=\frac{0.1}{0.00000419}=23.866\text{ kg/m}^3
Calcul de la densité du liquide
Mesurez la masse de votre éprouvette graduée lorsqu'elle est vide. Mesurez ensuite la masse de votre éprouvette graduée contenant 100 millilitres (mL) de liquide. Supposons que le cylindre vide ait une masse de 0,2 kg et qu'avec le fluide sa masse soit de 0,45 kg.
Déterminer la masse du fluide en soustrayant la masse du cylindre vide de la masse du cylindre avec le fluide. Dans l'exemple: Masse de liquide = 0,45 kg - 0,2 kg = 0,25 kg
Déterminer la densité du fluide en divisant sa masse par son volume. Exemple:
d=\frac{0.25\text{ kg}}{100\text{ mL}}=0.0025 \text{ kg/mL}=2.500\text{ kg/m}^3
1 ml est égal à 1 cm3 et 1 million de centimètres cubes équivaut à 1 mètre cube
Mesure de la viscosité du liquide
Remplissez votre grand cylindre gradué avec le liquide de sorte qu'il soit à environ 2 cm du haut du cylindre. Utilisez votre marqueur pour faire une marque à 2 cm sous la surface du liquide. Tracez une autre ligne à 2 cm du fond du cylindre.
Mesurez la distance entre les deux marques sur le cylindre gradué. Supposons que la distance soit de 0,3 m.
Laissez la balle aller à la surface du liquide et utilisez votre chronomètre pour chronométrer le temps qu'il faut pour que la balle tombe de la première marque à la deuxième marque. Supposons qu'il ait fallu à la balle 6 secondes (s) pour tomber de la distance.
Calculez la vitesse de la balle qui tombe en divisant la distance à laquelle elle est tombée par le temps qu'elle a pris. Dans l'exemple :
v=\frac{0.3\text{ m}}{6\text{ s}}=0.05\text{ m/s}
Calculez la viscosité du liquide à partir des données que vous avez recueillies :
\text{viscosité}=\frac{2(\text{densité de la balle}-\text{densité du liquide})ga^2}{9v}
où g = accélération due à la gravité = 9,8 m/s2 a = rayon du roulement à billes v = vitesse du roulement à billes à travers le liquide
Branchez vos mesures dans l'équation pour calculer la viscosité du liquide. Pour l'exemple, le calcul ressemblerait à ceci :
\text{viscosité}=\frac{2(23 866-2 500)(9,8)(0,01)^2}{9(0,05)}=93,1\text{ secondes pascal}
Choses dont vous aurez besoin
- Équilibre
- Bâton de mètre
- Grand cylindre gradué
- Petite boule en métal
- Marqueur
- Chronomètre