Come si trova la viscosità dei liquidi?
In molte situazioni scientifiche e industriali è necessario conoscere la viscosità dei liquidi. La viscosità è la misura della resistenza del liquido al flusso. I liquidi ad alta viscosità hanno una maggiore resistenza al flusso e non sono prontamente deformati da stress fisici, mentre i liquidi a bassa viscosità sono "sottili" e fluiscono facilmente. La viscosità dei liquidi può essere rilevata utilizzando uno strumento noto come viscosimetro, di cui esistono molti tipi diversi. Nei casi in cui sono accettabili misure meno precise, la viscosità può anche essere misurata utilizzando semplici dispositivi basati sulla gravità.
Uno dei tipi più comuni di viscosimetri è il viscosimetro a sfera che cade. Questa configurazione misura la viscosità dei liquidi determinando il tempo impiegato da una piccola sfera di densità e dimensioni note per cadere a una certa distanza attraverso un liquido. La sfera viene posizionata in un tubo verticale riempito con il liquido e lascia che raggiunga la sua velocità terminale mentre cade. Alla velocità terminale, la forza di resistenza che tira la sfera verso l'alto è uguale alla forza di gravità che la tira verso il basso e la sfera cessa di accelerare, mantenendo una velocità costante mentre scende. Una volta che la velocità terminale, la densità del liquido e della sfera e la dimensione della sfera sono note, una formula, la legge di Stokes, può essere utilizzata per calcolare la viscosità del liquido.
Un altro viscosimetro abbastanza semplice che viene utilizzato in ambienti di laboratorio è il viscosimetro Ostwald, noto anche come viscosimetro capillare di vetro o viscosimetro a tubo a U. Questo dispositivo a tubo di vetro a forma di U è costituito da due lampadine, una nella parte inferiore del braccio sinistro della U e l'altra nella parte alta della destra. Viene trattenuto verticalmente mentre il liquido viene aspirato nel bulbo superiore e quindi lasciato fluire di nuovo verso il bulbo inferiore, oltre due segni sul tubo. La viscosità dei liquidi può essere dedotta dal factoring nel diametro del tubo di vetro, dalla quantità di tempo impiegata per far fluire un liquido oltre i due segni e dalla densità di quel liquido.
I laboratori che richiedono misurazioni di precisione possono utilizzare viscosimetri più elaborati che incorporano l'elettronica e misurano la viscosità utilizzando un pistone oscillante o un risonatore vibrante immerso nel liquido. In altre impostazioni, come l'industria delle vernici, è possibile utilizzare principi fisici più semplici per dedurre la viscosità approssimativa dei liquidi. Queste misurazioni si basano spesso su una misura nota come viscosità cinematica: la resistenza di un liquido a fluire in presenza di gravità.
La coppa Zahn e la coppa di viscosità Ford sono esempi di dispositivi basati sulla gravità utilizzati per misurare la viscosità cinematica. In questi dispositivi, la vernice liquida, nel caso della coppa Zahn, o l'olio motore per la coppa Ford, scarica attraverso un piccolo foro sul fondo di una coppa mentre viene tenuta in alto. Il liquido fuoriesce in un flusso regolare fino a quando un certo punto in cui si rompe in gocce. A seconda della viscosità del liquido, la rottura si verificherà in momenti diversi. Una misura della viscosità cinematica può essere trovata moltiplicando questo tempo in secondi per il numero di specifica della tazza, che è calibrato per il liquido appropriato.