A viscosidade é uma espécie de atrito interno entre as moléculas de um fluido. Explique esta afirmativa.
Passo 1
O enunciado pede para entendermos por que dizemos que a viscosidade de um fluido se comporta como um “atrito interno” entre suas moléculas. O tema aqui é Mecânica dos Fluidos, em especial o comportamento dos fluidos newtonianos, em que a tensão de cisalhamento é proporcional ao gradiente de velocidade.
Passo 2
Imagine o escoamento de um fluido entre duas placas paralelas: a placa de baixo está fixa e a de cima desliza com velocidade
. Em função desse movimento, o fluido forma “camadas” paralelas à placa, cada uma com velocidade diferente: mais lenta junto à placa fixa e mais rápida perto da placa móvel.
Como as moléculas do fluido colidem umas com as outras, elas trocam momento (quantidade de movimento). Essas colisões transmitem força de uma camada para outra, dificultando que a camada mais rápida deslize livremente sobre a mais lenta. Esse efeito macro se interpreta como um atrito interno.
Como as moléculas do fluido colidem umas com as outras, elas trocam momento (quantidade de movimento). Essas colisões transmitem força de uma camada para outra, dificultando que a camada mais rápida deslize livremente sobre a mais lenta. Esse efeito macro se interpreta como um atrito interno.
Passo 3
Em fluido newtoniano, a relação fundamental é a Lei de Newton da viscosidade, que diz:
Aqui,
é a tensão de cisalhamento (força por área),
é o gradiente de velocidade perpendicular às camadas, e
é o coeficiente de viscosidade. Quanto maior for
, maior será a “força de atrito” interna necessária para movimentar as camadas com velocidades diferentes.
Passo 4
Na prática, esse “atrito interno” se manifesta como perda de carga em tubulações e como resistência ao escoamento em superfícies. Se
, as camadas deslizam sem interação (fluido ideal, sem viscosidade). Para
, o escoamento exige fornecimento contínuo de energia para vencer essa resistência molecular.
Resposta
A viscosidade funciona como um atrito interno porque as moléculas de fluidos que se movem em velocidades diferentes sofrem colisões e trocam momento entre si, gerando uma força de cisalhamento proporcional ao gradiente de velocidade. Esse mecanismo de troca de momento é matematicamente descrito por
onde
mede o “atrito” que cada camada oferece à vizinha.