La característica de viscoso se conoce como
viscosidad. Algo viscoso es adhesivo o pastoso, diferenciándose de otros
estados como el sólido o el líquido.
En este sentido, hay que subrayar que algo
viscoso también suele relacionarse con el término moco pues ambos conceptos
vienen a dejar patente que el elemento al que se refieren se caracteriza por
ser resbaladizo, pegajoso y además glutinoso.
Entre los
productos más viscosos se encontrarían desde la gelatina, diversos tipos de
jabones, champús, geles y demás productos de belleza.
La viscosidad es una característica de los
fluidos en movimiento, que muestra una tendencia de oposición hacia su flujo
ante la aplicación de una fuerza. Cuanta más resistencia oponen los líquidos a
fluir, más viscosidad poseen. Los líquidos, a diferencia de los sólidos, se
caracterizan por fluir, lo que significa que al ser sometidos a una fuerza, sus
moléculas se desplazan, tanto más rápidamente como sea el tamaño de sus
moléculas. Si son más grandes, lo harán más lentamente.
La viscosidad es medida con un viscosímetro
que muestra la fuerza con la cual una capa de fluido al moverse arrastra las
capas contiguas. Los fluidos más viscosos se desplazan con mayor lentitud. El
calor hace disminuir la viscosidad de un fluido, lo que lo hace desplazarse con
más rapidez. Cuanto más viscoso sea el fluido más resistencia opondrá a su
deformación.
Los materiales viscosos tienen la
característica de ser pegajosos, como los aceites o la miel. Si se vuelcan, no
se derraman fácilmente, sino que se pegotean. Lo contrario ocurre con el agua,
que tiene poca viscosidad. La sangre también posee poca viscosidad, pero más
que el agua. La unidad de viscosidad es el Poise.
Si bien en los diccionarios aparece como
sinónimo de denso, hay materiales como el mercurio, que son densos pero no
viscosos.
Los fluidos no viscosos se denominan ideales,
pues todos los flujos algo de viscosidad tienen. Los fluidos con menor viscosidad
(casi ideal) son los gases.
También se denomina viscoso a un tipo de
tejido que se fabrica utilizando como materia prima, la celulosa.
Tensión superficial
En un fluido interacciona con las que le rodean.
El radio de acción de las fuerzas moleculares es relativamente pequeño, abarca
a las moléculas vecinas más cercanas. Vamos a determinar de forma cualitativa,
la resultante de las fuerzas de interacción sobre una molécula que se encuentra
en
A,
el interior del líquido
B,
en las proximidades de la superficie
C,
en la superficie
Consideremos una molécula en el seno de un
líquido en equilibrio, alejada de la superficie libre tal como la A. Por
simetría, la resultante de todas las fuerzas atractivas procedentes de las
moléculas que la rodean, será nula.
En cambio, si la molécula se encuentra en B,
por existir en valor medio menos moléculas arriba que abajo, la molécula en
cuestión estará sometida a una fuerza resultante dirigida hacia el interior del
líquido.
La fuerzas de interacción, hacen que las
moléculas situadas en las proximidades de la superficie libre de un fluido
experimenten una fuerza dirigida hacia el interior del líquido.
La fuerza F es independiente de la longitud x
de la lámina. Si desplazamos el alambre deslizante una longitud Dx, las fuerzas
exteriores han realizado un trabajo FDx, que se habrá invertido en incrementar
la energía interna del sistema. Como la superficie de la lámina cambia en
DS=2dDx (el factor 2 se debe a que la lámina tiene dos caras), lo que supone
que parte de las moléculas que se encontraban en el interior del líquido se han
trasladado a la superficie recién creada, con el consiguiente aumento de
energía.
Si llamamos a g la energía por unidad de área,
se verificará que la energía superficial por unidad de área o tensión superficial
se mide en J/m2 o en N/m.
La tensión superficial depende de la
naturaleza del líquido, del medio que le rodea y de la temperatura. En general,
la tensión superficial disminuye con la temperatura, ya que las fuerzas de
cohesión disminuyen al aumentar la agitación térmica. La influencia del medio
exterior se comprende ya que las moléculas del medio ejercen acciones
atractivas sobre las moléculas situadas en la superficie del líquido,
contrarrestando las acciones de las moléculas del líquido.
Capilaridad
La capilaridad es una propiedad de los
líquidos que depende de su tensión superficial (la cual, a su vez, depende de
la cohesión o fuerza intermolecular del líquido), que le confiere la capacidad
de subir o bajar por un tubo capilar.
En un recipiente se vierte agua (coloreada de
un cierto tinte para ver con mayor claridad el efecto que se produce).
Se introduce en el recipiente un tubo de
cristal alargado y estrecho. Inmediatamente parte de agua del recipiente
ascenderá por el tubo hasta alcanzar una altura determinada, esta altura será
tal que el peso del líquido que quede dentro del tubo sea igual a la tensión
superficial de dicho líquido.
Si cogemos un tubo con un mayor diámetro el
agua que ascenderá por él llegará a menor altura pero el peso del líquido que
queda dentro del tubo también es igual a la tensión superficial de dicho
líquido.
Agua
Mercurio
Efectos de capilaridad.
Si se tuviese un tubo tan fino como el de un
cabello, la cantidad de líquido ascendería mucho más en altura pero el peso del líquido que queda dentro del
tubo también es igual a la tensión superficial de dicho líquido.
A este fenómeno se le conoce como Capilaridad
líquida.
Si tomamos un tubo de cristal grueso
comunicado con uno fino y echamos agua en él se verá cómo en el tubo grueso el
agua alcanza menos altura que en el fino, como se ilustrra en la figura a la
izquierda.
Si hacemos la misma prueba con mercurio en
vez de con agua (tal como se compara en la misma figura) resultará que en el
tubo grueso el mercurio alcanza más altura que en el fino.
Además, en el primer caso, se puede ver que
el agua se une con la pared del tubo (menisco) de forma cóncava, mientras que
con el mercurio lo hace de forma convexa.
En palabras más sencillas, cuando se
introduce un capilar en un recipiente con agua, ésta asciende por el capilar
como si trepase agarrándose por las paredes, hasta alcanzar un nivel superior
al del recipiente.
Cohesión
En los líquidos, la cohesión se refleja en la
tensión superficial, causada por una fuerza no equilibrada hacia el interior
del líquido que actúa sobre las moléculas superficiales, y también en la
transformación de un líquido en sólido cuando se comprimen las moléculas lo
suficiente. En los sólidos, la cohesión depende de cómo estén distribuidos los
átomos, las moléculas y los iones, lo que a su vez depende del estado de
equilibrio (o desequilibrio) de las partículas atómicas. Muchos compuestos
orgánicos, por ejemplo, forman cristales moleculares, en los que los átomos
están fuertemente unidos dentro de las moléculas, pero éstas se encuentran poco
unidas entre sí.
En conclusión la cohesión se caracteriza así
según el estado de las sustancias:
En
los sólidos, las fuerzas de cohesión son elevadas y en las tres direcciones
espaciales. Cuando aplicamos una fuerza solo permite pequeños desplazamientos
de las moléculas entre si, cuando cesa la fuerza exterior, las fuerzas de
cohesión vuelven a colocar las moléculas en su posición inicial.
En
los líquidos, las fuerzas de cohesión son elevadas en dos direcciones
espaciales, y entre planos o capas de fluidos son muy débiles. Por otra parte
las fuerzas de adherencia con los sólidos son muy elevadas. Cuando aplicamos
una fuerza tangencial al líquido, este rompe sus débiles enlaces entre capas, y
las capas de líquido deslizan unas con otras. Cuando cesa la fuerza, las
fuerzas de cohesión no son lo suficiente fuertes como para volver a colocar las
moléculas en su posición inicial, queda deformado. La capa de fluido que se
encuentra justo en contacto con el sólido, se queda pegada a éste, y las capas
de fluido que se encuentran unas juntas a las otras deslizan entre sí. En los
gases, las fuerzas de cohesión son despreciables, las moléculas se encuentran
en constante movimiento. Las fuerzas de adherencia con los sólidos y los
líquidos son importantes. Al aplicarse una fuerza de corte, se aumenta la
velocidad media de las moléculas. Como estas partículas con más velocidad media
(más cantidad de movimiento) se mueven en el espacio, algunas pasan a las capas
contiguas aumentando a su vez la velocidad media de esas capas adyacentes,
estas a su vez con una cantidad de movimiento más pequeña, algunas de sus partículas
pasan a la capa de mayor cantidad de movimiento (afectada por el esfuerzo de
corte) frenándola.
Adhesión
La adhesión es la propiedad de la materia por
la cual se unen y plasman dos superficies de sustancias iguales o diferentes
cuando entran en contacto, y se mantienen juntas por fuerzas intermoleculares.
Mecanismos de adhesión
La cohesión es la causa de que el agua forme
gotas, la tensión superficial hace que se mantengan esférica y la adhesión la
mantiene en su sitio.
Las gotas de agua son más planas sobre la
flor de Hibiscus ya que tienen mejor adhesión.
Cinco mecanismos han sido propuestos para
explicar por qué un material se adhiere a otro.
Adhesión mecánica
Los materiales adhesivos rellenan los huecos
o poros de las superficies manteniendo las superficies unidas por
enclavamiento. Existen formas a gran escala de costura, otras veces a media
escala como el velcro y algunos adhesivos textiles que funcionan a escalas
pequeñas. Es un método similar a la tensión superficial
Adhesión química
Dos materiales pueden formar un compuesto al
unirse. Las uniones más fuertes se producen entre átomos donde hay permutación
(enlace iónico) o se comparten electrones (enlace covalente). Un enlace más
débil se produce cuando un átomo de hidrógeno que ya forma parte de una
partícula se ve atraída por otra de nitrógeno, oxígeno o flúor, en ese caso
hablaríamos de un puente de hidrógeno. La adhesión química se produce cuando
los átomos de la interfaz de dos superficies separadas forman enlaces iónicos,
covalentes o enlaces de hidrógeno.
El principio de la ingeniería detrás de
adhesión química en este sentido es bastante sencillo: si las moléculas de
superficie se pueden unir, a continuación, las superficies se unen entre sí por
una red de estos enlaces. Cabe mencionar que estas fuerzas iónicas y covalentes
atractivas son eficaces sólo en distancias muy pequeñas - de menos de un
nanómetro . Esto significa que, en general, no sólo las superficies que se
quieren unir estén muy próximas entre sí, sino también, que estos enlaces sean
bastante frágiles, ya que las superficies a continuación deben mantenerse
juntas.
Incompresibilidad
Un flujo se caracteriza como incompresible
dependiendo siempre de la variación de la densidad del fluido y de la velocidad
que desarrolle, es decir, si la densidad del flujo no varía a lo largo del
fluido, se caracteriza directamente como incompresible.
Para una explicación más comprensible, cuando
los líquidos, que son los que corresponden generalmente al grupo de los
incompresibles, no sufren alteración alguna en todas las porciones de fluido
sobre el curso de movimiento, son fluidos incompresibles.
Una presión de 210 atm, hace que un líquido
aumente su densidad en sólo un 1 por ciento.
Un flujo se convierte en incompresible cuando
los cambios que sufre la temperatura no son de una calidad tan importante, lo
que los convierte en cambios despreciables.
Esta ecuación, considera al calor como un
flujo estacionario sin esfuerzo constante. Para finalizar, la ecuación de
Bernoulli es una aproximación a los números, que puede tener un margen de error
de hasta un dos por ciento, lo que no despierta una consideración importante a
la hora de realizar la ecuación química.
Navier Strokes es otro de los estudiosos que
entran en nuestra lista. El tensor de esfuerzo, por definición, es linealmente
proporcional al tensor de razón de formación.
Aunque los componentes de esta ecuación se
resolvieron en coordenadas de tipo cartesiano, es de todas formas una ecuación
diferencial, parcial de segundo orden, por lo que antes de resolver este tipo
de ecuaciones, es necesario elegir un sistema coordenado para expandir las
ecuaciones en el.
La mecánica de fluidos sostiene que la
compresibilidad, es decir, si un flujo es compresible o incompresible, depende
de la naturaleza de la que provenga y de los cambios que sufra al momento de
que sea alterada su presión, y si su temperatura sufre cambios significativos
como para que puedan ser apreciables y no despreciables.
Un dato curioso, que no está demás agregar,
es que la ecuación de Navier Stokes es sólo aplicable para fluidos Newtonianos,
es decir, viscosos y de conductividad térmica, entre otros.
