Ley de Newton de la viscosidad

Solapas principales

La viscosidad es la propiedad que caracteriza la resistencia de un fluido a fluir. Los fluidos que fluyen fácilmente son poco viscosos. La viscosidad se representa por $\eta$, y sus unidades son $Ns/m^2$ Consideremos un fluido que fluye entre dos láminas grandes, planas y paralelas.

La experiencia nos dice que la velocidad $v_x$ es máxima en el centro y cero sobre las láminas. Las capas horizontales de fluido se deslizan unas sobre otras, ejerciendo una fuerza de fricción que opone resistencia al desplazamiento.

La fuerza $F_x$ ejercida por el fluido de movimiento más lento (1) es proporcional al área de la superficie de contacto, A, y al gradiente de la velocidad $\frac{dv_x}{dz}$. La constante de porporcionalidad es la viscosidad del fluido $\eta$ \begin{equation} F_y=-\eta A\frac{dv_y}{dx} \end{equation} Esta ecuación es conocida como la Ley de Newton de la viscosidad. El signo menos indica que la fuerza de viscosidad sobre el fluido que se mueve más rápido es opuesta a la dirección de su movimiento.

Por la tercera Ley de Newton, el fluido que se mueve más rápido ejerce una fuerza $\eta A \frac{dv_y}{dx}$ en dirección $z$ positiva sobre el fluido que se mueve más lento.

La Ley de Newton se ajusta bien a los gases y líquidos, siempre que la velocidad no sea demasiado alta. Cuando se cumple la Ley de Newton tenemos un flujo laminar. A velocidades muy altas el flujo se vuelve turbulento y la ecuación no es válida.

Se llama fluido Newtoniano al fluido en el que $\eta$ es independiente de $dv_x/dz$. En los fluidos no Newtonianos $\eta$ varía a medida que lo hace $dv_x/dz$. La mayoría de los gases son Newtonianos, mientras que las soluciones de polímeros, suspensiones coloidales generalmente no lo son, de manera que un incremento en la velocidad de flujo puede cambiar la forma de las moléculas de polímero (flexibles) facilitando el flujo por reducción de la viscosidad.