Comment trouve-t-on la viscosité des liquides?
Dans de nombreuses situations scientifiques et industrielles, il est nécessaire de connaître la viscosité des liquides. La viscosité est la mesure de la résistance du liquide à l'écoulement. Les liquides à haute viscosité ont une plus grande résistance à l'écoulement et ne sont pas facilement déformés par les contraintes physiques, tandis que les liquides à faible viscosité sont «minces» et coulent facilement. La viscosité des liquides peut être déterminée à l'aide d'un instrument appelé viscosimètre, dont il existe de nombreux types. Dans les cas où des mesures moins précises sont acceptables, la viscosité peut également être mesurée à l'aide de simples dispositifs basés sur la gravité.
L'un des types les plus courants de viscosimètres est le viscosimètre à sphère descendante. Cette configuration mesure la viscosité des liquides en calculant le temps nécessaire à une petite sphère de densité et de taille connues pour parcourir une certaine distance à travers un liquide. La sphère est placée dans un tube vertical rempli de liquide et permet d'atteindre sa vitesse limite à la tombée. À la vitesse limite, la force de traînée tirant la sphère vers le haut est égale à la force de gravité la tirant vers le bas, et la sphère cesse de s'accélérer, en maintenant une vitesse constante pendant la chute. Une fois que la vitesse terminale, la densité du liquide et de la sphère et la taille de la sphère sont connues, une formule, la loi de Stokes, peut être utilisée pour calculer la viscosité du liquide.
Le viscosimètre Ostwald, également connu sous le nom de viscosimètre à capillaire en verre ou viscosimètre à tube en U, est un autre viscosimètre assez simple utilisé en laboratoire. Ce dispositif à tube de verre en forme de U se compose de deux ampoules, l’une sur la partie inférieure du bras gauche du U et l’autre sur la partie supérieure droite. Il est maintenu verticalement pendant que le liquide est aspiré dans l'ampoule supérieure puis laissé redescendre dans l'ampoule inférieure, au-delà de deux marques sur le tube. La viscosité des liquides peut être déduite en prenant en compte le diamètre du tube de verre, le temps nécessaire à un liquide pour s'écouler au-delà des deux marques et la densité de ce liquide.
Les laboratoires qui exigent des mesures de précision peuvent utiliser des viscosimètres plus élaborés intégrant des composants électroniques et mesurant la viscosité à l'aide d'un piston oscillant ou d'un résonateur vibrant immergé dans le liquide. Dans d'autres contextes, tels que l'industrie de la peinture, des principes physiques plus simples peuvent être utilisés pour déduire la viscosité approximative des liquides. Ces mesures reposent souvent sur une mesure appelée viscosité cinématique - la résistance d’un liquide à l’écoulement en présence de la gravité.
La coupelle Zahn et la coupelle de viscosité Ford sont des exemples de dispositifs basés sur la gravité utilisés pour mesurer la viscosité cinématique. Dans ces appareils, le liquide - peinture, dans le cas du gobelet Zahn, ou huile moteur pour le gobelet Ford - s'écoule par un petit trou situé au fond du gobelet lorsqu’il est maintenu en hauteur. Le liquide s'écoule dans un flux régulier jusqu'à un certain point où il se décompose en gouttes. Selon la viscosité du liquide, des casses se produiront à différents moments. Une mesure de la viscosité cinématique peut être trouvée en multipliant ce temps en secondes par le numéro de spécification de la tasse, qui est calibré pour le liquide approprié.