Questão 4) Sobre Fluidos newtonianos e não newtonianos e suas propriedades, responda:
O que é esperado que aconteça com a viscosidade de um líquido ao este ser aquecido?
O que é esperado que aconteça com a viscosidade de um líquido ao este ser aquecido?
Passo 1
O que o enunciado pede: responder o que é esperado que aconteça com a viscosidade de um líquido quando ele é aquecido.
Informações dadas (implícitas no enunciado): temos um líquido (não uma mistura gasosa) e vamos aumentar sua temperatura; queremos saber a tendência da viscosidade desse líquido.
Informações dadas (implícitas no enunciado): temos um líquido (não uma mistura gasosa) e vamos aumentar sua temperatura; queremos saber a tendência da viscosidade desse líquido.
Passo 2
O que é viscosidade — definição prática e fórmula usada em prova.
Viscosidade é a “resistência interna” de um fluido ao escoamento. Para fluidos newtonianos (os mais simples), a relação entre a tensão de cisalhamento e a taxa de deformação é linear, dada por:
Viscosidade é a “resistência interna” de um fluido ao escoamento. Para fluidos newtonianos (os mais simples), a relação entre a tensão de cisalhamento e a taxa de deformação é linear, dada por:
onde
é a tensão de cisalhamento (unidade
),
é a viscosidade (unidade
), e
é o gradiente de velocidade (taxa de deformação).
Explicando as variáveis: = força por área parallel ao plano;
= quão rápido a velocidade muda com a distância perpendicular ao plano. A constante que relaciona os dois é
.
Explicando as variáveis:
Passo 3
Intuição física do efeito da temperatura em líquidos.
Num líquido, as moléculas ficam próximas e interagem por forças coesivas (ligações fracas, atrações de Van der Waals, ligações de hidrogênio etc.). A viscosidade mede quanto essas forças atrapalham o deslizamento entre camadas do fluido. Ao aumentar a temperatura, as moléculas ganham energia térmica, vibram/ movem-se mais e conseguem superar com mais facilidade as forças coesivas que prendem as camadas umas às outras. Resultado: menor resistência ao escoamento — isto é, menor viscosidade.
Num líquido, as moléculas ficam próximas e interagem por forças coesivas (ligações fracas, atrações de Van der Waals, ligações de hidrogênio etc.). A viscosidade mede quanto essas forças atrapalham o deslizamento entre camadas do fluido. Ao aumentar a temperatura, as moléculas ganham energia térmica, vibram/ movem-se mais e conseguem superar com mais facilidade as forças coesivas que prendem as camadas umas às outras. Resultado: menor resistência ao escoamento — isto é, menor viscosidade.
Passo 4
Relação quantitativa típica para líquidos e como provar a tendência matemática.
Uma descrição empírica muito usada para líquidos é a forma exponencial tipo Arrhenius (às vezes chamada de equação de Andrade):
Uma descrição empírica muito usada para líquidos é a forma exponencial tipo Arrhenius (às vezes chamada de equação de Andrade):
onde
é a viscosidade,
é a temperatura absoluta (em kelvin), e
e
são constantes positivas que dependem do líquido.
Tome o logaritmo e derive para ver a tendência:
Tome o logaritmo e derive para ver a tendência:
Diferenciando em relação a
:
Logo
ou seja,
diminui quando
aumenta. Isso confirma matematicamente a tendência de queda da viscosidade com temperatura para líquidos.
Passo 5
Comentário sobre gases (para contraste) e sobre exceções.
É útil lembrar o contraste: para gases a viscosidade normalmente aumenta com a temperatura, porque o mecanismo dominante é transferência de momento molecular — maior energia térmica aumenta o transporte de momento e, portanto, a viscosidade gasosa sobe. Isso mostra que o comportamento oposto de líquidos e gases tem raiz física diferente.
Quanto a exceções: a regra “viscosidade de líquidos diminui com temperatura” vale para a grande maioria dos líquidos comuns. Em líquidos complexos ou em fluidos não newtonianos, o comportamento de viscosidade com temperatura pode ser mais complicado (por exemplo, mudanças de estrutura microconstituinte com temperatura), mas a tendência básica ainda é de queda para líquidos simples.
É útil lembrar o contraste: para gases a viscosidade normalmente aumenta com a temperatura, porque o mecanismo dominante é transferência de momento molecular — maior energia térmica aumenta o transporte de momento e, portanto, a viscosidade gasosa sobe. Isso mostra que o comportamento oposto de líquidos e gases tem raiz física diferente.
Quanto a exceções: a regra “viscosidade de líquidos diminui com temperatura” vale para a grande maioria dos líquidos comuns. Em líquidos complexos ou em fluidos não newtonianos, o comportamento de viscosidade com temperatura pode ser mais complicado (por exemplo, mudanças de estrutura microconstituinte com temperatura), mas a tendência básica ainda é de queda para líquidos simples.
Passo 6
Exemplos práticos para fixar (úteis na prova e na vida):
- Mel ou xarope: fica muito mais fluido (menos viscoso) ao aquecer; por isso o mel aquece para escorrer melhor.
- Óleo de motor: ao aquecer o motor, o óleo perde viscosidade (fica “mais fino”); por isso especificam-se viscosidades SAE que consideram comportamento com temperatura.
Esses exemplos ajudam a lembrar: aquecer um líquido normalmente facilita o escoamento.
Passo 7
Resumo didático final e motivador (pra decorar na prova):
Pense assim: mais temperatura = mais agitação molecular = menos “pegajosidade” entre camadas = menor viscosidade. Guarde também a forma como referência empírica que mostra matematicamente
para líquidos.
Pense assim: mais temperatura = mais agitação molecular = menos “pegajosidade” entre camadas = menor viscosidade. Guarde também a forma
Resposta
A viscosidade de um líquido tende a diminuir quando o líquido é aquecido.