La Reologia es el estudio de la deformación y el fluir de la materia. La Real Academia Española define reología como: estudio de los principios físicos que regulan el movimiento de los fluidos.
La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales (o de arrastre), es el rozamiento interno entre las capas de fluido. A causa de la viscosidad, es necesario ejercer una fuerza para obligar a una capa de fluido a deslizar sobre otra.
Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal.
La viscosidad de los fluidos es la responsable de la disipación de energía en forma de calor en el flujo de los mismos.
Son dos las causas que originan esa viscosidad:
1º) las fuerzas de cohesión existentes entre las moléculas.
De acuerdo con estos dos factores, pueden explicarse las variaciones de la viscosidad con la temperatura para los líquidos y los gases.
En los líquidos, la viscosidad es sensible a la temperatura y disminuye al aumentar ésta. Eso se debe a que predomina la disminución de la causa 1) sobre el aumento de la 2). Así, por ejemplo, la viscosidad del agua a 0 ºC es 1,75 cP y a 100 ºC es de 0,28 cP.
En los gases, la viscosidad aumenta con la temperatura.
Eso es debido a que la disminución de la causa 1) es pequeña, porque en los gases las fuerzas de cohesión ya son pequeñas, y en cambio es importante el aumento de la causa 2). Las moléculas gaseosas al calentarse se desplazan más rápidamente, pero hay más choques y más efectos de frenado de unas capas sobre otras. La viscosidad de los gases se ha estudiado intensamente en la teoría cinética de los gases, disponiéndose de tablas exactas para su cálculo.
OBJETIVOS
El objetivo principal del trabajo es encontrar una relación entre la temperatura y la viscosidad en la miel.
También queremos llegar a definir una formula que nos permita saber la viscosidad que tendrá la miel en una temperatura determinada.
Análisis de Datos.
Ante una serie de pares de valores obtenidos experimentalmente o por observación podemos intentar descubrir el tipo de relación que existe entre ellos bien sea de forma cualitativa (siguiendo por ejemplo un patrón tipo +/+ o +/- basado en una prueba de ji-cuadrado) o intentando profundizar algo más construyendo un modelo matemático que ligue ambas variables y permita realizar una cierta predicción sobre futuras experiencias u observaciones.
En la línea de buscar una dependencia cuantitativa entre las variables estudiadas existen algunas estrategias especialmente útiles:
Se trata de ensayar cual de los siguientes patrones se ajusta mejor a nuestros números:
Dependencia Lineal.
Representación gráfica en un sistema de coordenadas de dos ejes (x,y) de los valores de que disponemos.
La recta de regresión (siempre que el coeficiente de correlación sea significativo) es un buen modelo de dependencia entre ambas variables. 
Pondremos como ejemplo la emblemática Ley de Hubble, en la que velocidad de recesión de las galaxias y distancia al observador siguen una relación lineal (representable como una línea recta).Dependencia Exponencial.
Representación gráfica en un sistema de coordenadas de dos ejes (x,y) de los valores de que disponemos, pero realizando un cambio de variables en uno de ellos de manera que sustituimos su verdadero valor por el logaritmo (en una base conveniente) del mismo.
La recta de regresión entre una variable y el logaritmo de la otra (siempre que el coeficiente de correlación sea significativo) es un buen modelo de dependencia entre ambas variables, de las que podemos deducir una relación de tipo exponencial.
Son ejemplos clásicos la extinción de la luz en el agua con la profundidad, la disminución de presión atmosférica con la altura, el crecimiento del número de organismos (en condiciones no limitantes) con el tiempo (o el número de generaciones) y por último el número de átomos supervivientes con el tiempo en un proceso de desintegración radioactiva.
Dependencia Potencial.
Representación gráfica en un sistema de coordenadas de dos ejes (x,y) de los valores de que disponemos, pero realizando un doble cambio de variables sustituyendo el verdadero valor de ambas por sus logaritmos (en una base conveniente).
La recta de regresión entre ambas transformadas logarítmicas (siempre que el coeficiente de correlación sea significativo) es un buen modelo de dependencia entre ambas variables, de las que podemos deducir una relación de tipo potencial.
El ejemplo paradigmático que proponemos en la Tercera Ley de Kepler (“los cuadrados de los periodos son proporcionales a los cubos de los semiejes mayores de la planetas”)
No quedan agotados con estos tres ejemplos todas las posibilidades de análisis pero en esta exposición elemental nos limitaremos a ellos (citemos por ejemplo la linealización de las Ecuaciones de Michaelis (como ecuaciones de Lineweaver-Burk) o el análisis periódico entre otros muchos)
Puesto que ignoramos -a priori- cual de dichas relaciones puede ajustarse mejor a los datos de que disponemos será necesario ensayarlas todas evaluando su adecuación mediante en coeficiente de correlación (mejor cuanto más próximo a la unidad -indicando de una dependencia perfecta- y peor cuanto más cercana a cero -que indica una independencia total- entre las dos variables)
MATERIAL Y MÉTODOS
Para realizar este experimento hemos utilizado el siguiente material:
- Miel a temperatura ambiente
- Miel a 40ºC aproximadamente
- Un vaso de cartón o de plástico
- Un aro de hierro para sujetar el vaso
- Un pie para sujetar el aro
- Un palito de pinchito
- Un vaso pequeño de cristal al cual le hacemos una marca que indica el tope
- Un termómetro
- Un cronómetro
- Microondas
Primero agujereamos el centro de la base del vaso con el palo de pinchito con la finalidad de que nos sirva de tapón a la hora de echar la miel y luego nos haga de canal para que salga. A continuación sujetamos el aro de hierro al pie
y luego introducimos el vaso en el aro.
Al tener todo el montaje dispuesto es el momento de poner el tapón y tirar la miel a temperatura ambiente dentro del vaso comprobando con el termómetro la temperatura exacta que tiene. Por último ponemos en la base del pie, justo debajo del vaso con el tapón, el vaso pequeño de cristal, quitamos el tapón y dejamos caer la miel dentro hasta que llegue a la marca, cronometrando el tiempo que tarda en caer.
Finalizado este primer experimento, repetimos la operación un par de veces más por los errores que haya podido haber. También hay que hacer el mismo experimento pero calentando la miel unos segundo en el microondas hasta llegar aproximadamente a los 40ºC.
Resultados.
En el caso del experimento que consideramos la fuente ajena (Uno) se han hecho varios ensayos que consistían en dejar caer cinco bolitas de acero en jarabe de maíz y medir el tiempo promedio que tardan las bolitas en hundirse en una determinada cantidad de este jarabe a diferentes temperaturas.
Se han obtenido los siguientes resultados:
Se llegó a la conclusión de que mientras mas frío se encuentre el jarabe de maíz mas tiempo tarda la bolita en llegar al fondo del recipiente, es decir, cuanto mas frío sea el líquido más viscoso será.
En el caso de nuestro experimento (Dos) se realizó con miel en lugar de jarabe de maíz y en vez de dejar caer una bolita de acero se midió el tiempo que tardaba la miel en pasar a través de un agujero hecho en un recipiente en el cual se puso la miel posteriormente. En nuestro caso hemos obtenido los siguientes resultados:
Como podemos observar en los dos casos se puede llegar a la misma conclusión; a más temperatura menor viscosidad. Podemos observar tambien que el error cometido en cada ensayo es aproximadamente el mismo
CONCLUSIONESObservando las gráficas que hemos obtenido a partir de los resultados de nuestra experiencia podemos ver que a medida que la temperatura de la miel aumenta, disminuye su viscosidad. De los 20º a los 40º es cuando aparecen los cambios más bruscos de viscosidad, a partir de los 40º la diferencia empieza a suavizarse.
Esta relación temperatura-viscosidad, es una relación inversa, ¡pero ojo, no es proporcional! Es decir, a medida que la temperatura aumenta, la viscosidad disminuye y viceversa, pero todo esto siguiendo la fórmula que hemos calculado. No si la temperatura aumenta un 20% la viscosidad disminuirá un 20%, si no que la relación entre ambas magnitudes es mucho más compleja y la representamos mediante una función potencial.
Discusión
Acerca de la viscosidad de los líquidos se han realizado muchas y diversas experiencias a partir de las cuales han surgido gran cantidad de fórmulas, las cuales son todas esencialmente empíricas debido a que se basan en aspectos distintos al tratar la viscosidad: unas se centran en la caída de cuerpos a través de los fluidos, otras en la fluidez de la propia sustancia, etc.
Pero parece ser que en la medición de la viscosidad en líquidos, la mayoría de procedimientos utilizados se basan en las ecuaciones de Poiseuille o de Stokes (normalmente en el primero, por referirse a la viscosidad dinámica). La unidad de viscosidad en el sistema internacional es el pascal-segundo (Pa.s), pero suele utilizarse, en el sistema cegesimal, el poise:
1 poise = 100 centipoise = 1 g/(cm·s) = 0.1 Pa·s
Un aspecto característico de la viscosidad es que mientras disminuye en los líquidos al aumentar la temperatura, en los gases aumenta. Esto es debido a que la disminución de las fuerzas de cohesión existentes entre las moléculas es pequeña, porque en los gases las fuerzas de cohesión ya son pequeñas, pero por otro lado el intercambio de cantidad de movimiento debido a la transferencia de moléculas de unos puntos a otros dentro de la vena fluida es importante. Las moléculas gaseosas al calentarse se desplazan más rápidamente, por lo que hay más choques y más efectos de frenado de unas capas sobre otras.
Respecto a la viscosidad hay diversos tipos de fluidos, entre los que encontramos los que, con una temperatura fija, padecen un aumento de viscosidad al producirse en ellos una agitación (fluidos reopécticos). O los tixotrópicos que serían el caso contrario (disminución de la viscosidad por la agitación), como el Ketchup, algunos tipos de mieles, pinturas antigoteo... En cambio los fluidos newtonianos son los que no padecen alteraciones de viscosidad a temperaturas fijas.
En nombre de superfluido es el que recibe el estado de la materia caracterizado por la ausencia total de viscosidad, producida por efectos cuánticos (uno de los primeros casos en los que se han observado a escala macroscópica). La “sustancia” considerada como superfluido es el helio-II (que se da por debajo del punto lambda: 2,1768oK) el cual, al tener una viscosidad nula, tiene ciertas características que le hacen único. Una de ellas es la capacidad de reptar, que hace que cualquier sólido en contacto con él se cubra con una capa de entre 50 y 100 átomos de espesor a través de la cual el líquido puede fluir a una cierta velocidad que depende de la temperatura. De hecho si se sumerge parcialmente un recipiente con el fondo estanco en una superficie de helio-II, éste reptará por las paredes exteriores del recipiente llenándolo hasta que los niveles en ambos se igualen, esta propiedad dificulta por razones obvias la construcción de recipientes de helio-II.
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