Dinamika

Mugimendua, fluido
batean barrena

Stokes-en formula

Fluidoen
biskositatea
nola neurtu (I)

Fluidoen 
biskositatea 
nola neurtu (II)

Paraxutista
baten jaitsiera

Esfera bat bertikalki
mugitzen fluido 
batean barrena

Tiro parabolikoa
marruskaduraz

Higidura zuzenaren
eredua fluido
batean barrena

Saiakuntza

Orri honetan laborategiko praktika bat simulatzen da, alegia fluido baten biskositatea nola neurtu. Praktika hori oso erakusgarria da lehen mailako ikasleentzat, laborategiko hainbat tresna ezberdin erabiltzen direlako.

• Perdigoi esferiko baten diametroa neurtzeko kalibrea edo mikrometroa.
• Perdigoiak osatzen dituen (berunaren) materialaren dentsitatea neurtzeko balantza hidrostatikoa.
  
• Fluidoaren dentsitatea neurtzeko aerometro edo dentsimetro izeneko tresna.
  
• Azkenik, kronometro batez neurtzen da perdigoiak fluidoaren barnean distantzia jakin bat erortzen tardatzen duen denbora.

Esperimentu honen simulazioan finkotzat hartu dira perdigoien materialaren dentsitatea (berunarena) eta fluidoaren dentsitatea (autorako olio sintetikoa).

Programa interaktiboak perdigoiaren diametroa aleatorioki asmatzen du (tarte baten barruan). Eta ikasleak perdigoia erortzen utzi behar du fluidoaren barnean (Hasi botoia sakatuz) eta, erortzen ari dela, markatxo biren artean desplazatzeko behar duen denbora kronometratu: kronometroa botoi batekin Abiatu eta Gelditu. Markatxoen arteko distantzia alda daiteke, azpiko markatxoa saguaz mugitzen, gainekoa aldiz, finkoa da.

Denbora neurtu ondoren, kalkulagailuaz biskositatearen zenbakizko balioa kalkula daiteke abiadura limite konstantearen formularekin.

Deskribapena

Perdigoia, gaineko markatxotik pasatzen denerako, abiadura limite konstantea atzemanda duela suposatuko dugu, horretarako denbora gutxi behar du-eta. Une horretan kronometroa abiatu eta x distantzia burutzen badu t denboran, hona bere abiadura:

Aurreko orrian azaldu denez, abiadura limitearen adierazpena lortzen da perdigoiak jasaten duen indar erresultantea anulatzen denean:

Kalkulu hori zenbakiz egiteko magnitude guztiak Sistema Internazionaleko unitateetan adierazi behar dira:

• Abiadura limitea: v_l  m/s-tan,
• Esferaren eta fluidoaren dentsitateak: ρ_e eta  ρ_f   kg/m³-tan (appletak ordea, datu hori g/cm³-tan ematen du).
• Esferaren R erradioa m-tan (applet-ak datu hori mm-tan ematen du).
• Azkenik, abiadura limitearen adierazpenetik h biskositatea bakandu eta dagozkion unitateetan adierazi.

Saiakuntza

Hasi botoia sakatuz esferatxoa askatu egiten da, eta fluidoan zehar erortzen hasten da. Esferatxoaren diametroa programak berak aleatorioki asmatzen du tarte baten barruan.

• Bolatxoa gaineko marratxotik pasatzen denean kronometroa abiatu.
• Bolatxoa azpiko marratxotik pasatzen denean kronometroa gelditu.

Nahi bada, markatxo bien arteko distantzia alda daiteke azpiko markatxoa mugitzen: saguaren kurtsorea gezi gorriaren gainean kokatu eta, ezkerreko botoia sakatuta mantenduz, nahi den tokira desplaza daiteke. Bukatzeko, saguaren ezkerreko botoia askatu.

Perdigoia beheraino iristean Erantzuna botoia aktibatzen da. Azkenik, zenbakizko kalkulua burutu ondoren, Erantzuna botoia sakatu eta programa interaktiboak olioaren biskositatea erakutsiko du.

Esperimentua errepika daiteke diametro ezberdineko perdigoiekin. Hasi botoia sakatzen den bakoitzean perdigoiaren diametroa aldatzen da.

• Esperimentu bakoitzean datu guzti hauek apuntatu behar dira eta ondorengo taula osatu: perdigoiaren diametroa, markatxoen arteko distantzia (berez 50cm dira), denbora,  fluidoaren dentsitatea 0.88 g/cm³ = 880 kg/m³  eta berunaren dentsitatea 11.35 g/cm³ = 11350 kg/m³.

• Bukatzeko, lortutako biskositateen batezbesteko balioa kalkulatzen da.

Adibidea:

Erortzen den perdigoia berunezkoa da (ρe=11.35 g/cm3) eta  3.7 mm-ko diametroa du, beraz R=1.85 mm. Autorako oliotan zehar erortzen da: dentsitatea ρf=0.88 g/cm3. Perdigoiak x=50 cm burutzen ditu t=4.57 s-tan. Kalkula bedi olioaren biskositatea: η.

Perdigoia beheraino iristean Erantzuna botoia aktibatzen da. Sakatzen denean programa interaktiboak honako balioa ematen du: η=0.72 kg/(m·s)

Oharra: Programa interaktiboak ematen duen olioaren biskositatea ez da beti berdina. Aleatorioki asmatzen du balio bat, tarte baten barruan, eta balio horixe konstante mantentzen du orria berriro osorik freskatu arte.