Vloeistofviscositeit is een maat voor de interne wrijving van een vloeistof. Vloeistoffen met een hoge viscositeit stromen langzaam, terwijl vloeistoffen met een lage viscositeit snel stromen. Lava heeft een relatief hoge viscositeit; water heeft een relatief lage. Je kunt de viscositeit van een vloeistof meten door de snelheid van een bol te meten terwijl deze door de vloeistof valt. De snelheid van de bol, gecombineerd met de relatieve dichtheden van de bol en de vloeistof, kan worden gebruikt om de viscositeit van de vloeistof te berekenen.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Door de snelheid te meten van een metalen bal die in een container met vloeistof valt, kun je de viscositeit van de vloeistof bepalen.
De dichtheid van de bal berekenen
Meet de massa van je bal met behulp van je balans. Stel bijvoorbeeld dat de massa van de bal 0,1 kilogram (kg) is.
Bepaal de straal van de bal door eerst de diameter te meten (afstand van een rechte lijn door de bal op het breedste deel). Deel de diameter door 2; dit geeft de straal van je bal. Bereken het volume van de bal door de straal in te vullen in de vergelijking voor het volume van een bol. Stel dat het kogellager een straal heeft van 0,01 meter (m). Het volume zou zijn:
V=\frac{4}{3} \pi r^3 = \frac{4}{3} \pi 0.01^3 =0.00000419\text{ m}^3
Bereken de dichtheid van de bal door zijn massa te delen door zijn volume. De dichtheid van de bal in het voorbeeld zou zijn:
d=\frac{0.1}{0.00000419}=23.866\text{ kg/m}^3
De dichtheid van de vloeistof berekenen
Meet de massa van uw maatcilinder wanneer deze leeg is. Meet vervolgens de massa van uw maatcilinder met 100 milliliter (ml) vloeistof erin. Stel dat de lege cilinder een massa had van 0,2 kg en met vloeistof 0,45 kg.
Bepaal de massa van de vloeistof door de massa van de lege cilinder af te trekken van de massa van de cilinder met de vloeistof. In het voorbeeld: massa vloeistof = 0,45 kg - 0,2 kg = 0,25 kg
Bepaal de dichtheid van de vloeistof door de massa te delen door het volume. Voorbeeld:
d=\frac{0.25\text{ kg}}{100\text{ mL}}=0.0025 \text{ kg/mL}=2.500\text{ kg/m}^3
1 ml is gelijk aan 1 cm3 en 1 miljoen kubieke centimeter is gelijk aan 1 kubieke meter
De viscositeit van de vloeistof meten
Vul uw hoge maatcilinder met de vloeistof zodat deze ongeveer 2 cm van de bovenkant van de cilinder is. Maak met je stift een markering op 2 cm onder het oppervlak van de vloeistof. Markeer nog een lijn op 2 cm van de onderkant van de cilinder.
Meet de afstand tussen de twee markeringen op de maatcilinder. Stel dat de afstand 0,3 m is.
Laat de bal op het oppervlak van de vloeistof gaan en gebruik je stopwatch om te meten hoe lang het duurt voordat de bal van de eerste markering naar de tweede markering valt. Stel dat de bal 6 seconden (s) nodig heeft om de afstand te vallen.
Bereken de snelheid van de vallende bal door de afstand die hij viel te delen door de tijd die hij nodig had. In het voorbeeld:
v=\frac{0.3\text{ m}}{6\text{ s}}=0.05\text{ m/s}
Bereken de viscositeit van de vloeistof uit de gegevens die je hebt verzameld:
\text{viscositeit}=\frac{2(\text{boldichtheid}-\text{ vloeistofdichtheid})ga^2}{9v}
waarbij g = versnelling door zwaartekracht = 9,8 m/s2 a = kogellagerstraal v = kogellagersnelheid door vloeistof
Steek uw metingen in de vergelijking om de viscositeit van de vloeistof te berekenen. Voor het voorbeeld ziet de berekening er als volgt uit:
\text{viscositeit}=\frac{2(23.866-2.500)(9.8)(0.01)^2}{9(0.05)}=93,1\text{ pascal seconden}
Dingen die je nodig hebt
- Balans
- Duimstok
- Grote maatcilinder
- Kleine metalen bal
- Markeerstift
- Stopwatch