Explique o conceito de viscosidade e como ele se aplica aos fluidos.
Passo 1
Beleza, o enunciado pede pra explicar o que é viscosidade e como esse conceito vale pros fluidos. Isso entra na matéria de Mecânica dos Fluidos (propriedades dos fluidos) e, pra resolver, a gente vai precisar entender:
- O que é atrito interno entre camadas do fluido
- Como quantificar esse atrito (lei de Newton da viscosidade)
- Exemplos de aplicação (escoamento em tubos, fluidos não-newtonianos)
Passo 2
Primeiro, o conceito: viscosidade é tipo a “pegajosidade” ou “internal stickiness” do líquido. Imagina que você tem várias camadas de fluido uma sobre a outra, cada uma deslizando em velocidade diferente. A viscosidade é a grandeza que mede a força interna que cada camada exerce para “puxar” ou “segurar” a outra, tentando igualar velocidades. Quanto maior a viscosidade, mais “grossinho” é o líquido (ex.: mel tem viscosidade alta; água bem baixa).
Passo 3
Agora, quantitativamente, a gente usa a Lei de Newton da Viscosidade, que diz:
onde:
• = tensão de cisalhamento (shear stress), força tangencial por área [Pa]
• = coeficiente de viscosidade dinâmica [Pa·s]
• = gradiente de velocidade (taxa de deformação), ou seja, quanto a velocidade varia entre duas camadas separadas de distância
.
•
•
•
Na prática, se você puxa a camada de cima com força e ela se move numa certa velocidade
, a camada logo abaixo se move um pouco mais devagar; a razão dessa diferença de velocidade pela distância entre as camadas é
, e multiplicando por
você acha a força interna por área.
Passo 4
E onde isso entra no mundo real?
- Escoamento laminar em tubo (Lei de Poiseuille):
•= vazão (volume por tempo)
•= raio do tubo, = comprimento, = diferença de pressão
Veja que, quanto maior, menor a vazão : fluido “grosso” escoa mais devagar.
2) Número de Reynolds () para saber se o fluxo é laminar ou turbulento:
Se é grande, cai, favorecendo escoamento laminar (suave). - Fluidos não-newtonianos: têm viscosidade variável com
. Ex.: tinta, sangue e ketchup mudam de viscosidade conforme eu bato, aperto ou deixo parado.
Passo 5
Resumindo a teoria aplicada:
- Viscosidade = atrito interno entre camadas do fluido
- Lei de Newton da viscosidade te dá a relação direta
- Em engenharia, você usa isso pra calcular vazões, quedas de pressão, regime de escoamento e tratar fluidos especiais (não-newtonianos)
Resposta
Viscosidade é a medida da resistência interna de um fluido ao escoamento, causada pelo atrito entre suas camadas. Matematicamente, para fluidos newtonianos, a tensão de cisalhamento
é proporcional ao gradiente de velocidade
, com o coeficiente de proporcionalidade sendo a viscosidade
:
Na prática, isso explica por que líquidos “grossos” escoam mais devagar (Lei de Poiseuille) e define se o fluxo será laminar ou turbulento (número de Reynolds), além de diferenciar fluidos cuja viscosidade muda conforme a taxa de deformação (não-newtonianos).