Viscosidade

A viscosidade é a resistência de um fluido ao escoamento, sendo essencial para compreender o comportamento de líquidos e gases em diversas situações práticas. Esse fenômeno influencia desde a escolha de lubrificantes até a formulação de produtos médicos e cosméticos. Medir e controlar a viscosidade é importante para assegurar a qualidade e o desempenho de produtos em vários segmentos fundamentais para a sociedade moderna, como na medicina, na indústria e nas tubulações.

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Resumo sobre viscosidade

• Viscosidade é a resistência de um fluido ao escoamento.
• Viscosidade dinâmica mede a resistência ao movimento do fluido quando uma força é aplicada, e sua fórmula é dada por:  μ = υ ⋅ ρ
• Viscosidade cinemática relaciona a viscosidade dinâmica com a densidade do fluido, e sua fórmula é dada por: \(υ= \ \frac {μ}{ρ}\)
• A viscosidade é dependente da temperatura, pressão e composição química dos fluidos.
• Os viscosímetros mais usados são: viscosímetro rotacional, viscosímetro vibracional e o viscosímetro capilar.
• A viscosidade é crucial em diversas áreas, como na indústria e medicina.

O que é viscosidade?

A viscosidade de um fluido (líquidos ou gases) é uma medida da resistência que ele oferece ao escoamento, ou seja, é uma forma de medir a "grossura" ou "fluidez" de um líquido, indicando o quanto ele resiste para escorrer.

Imagine o mel e a água: o mel escorre mais devagar e é mais "pegajoso" que a água, o que significa que ele tem maior viscosidade. A viscosidade pode ser comparada ao atrito entre sólidos, como o atrito que faz um bloco parar de deslizar em uma superfície.

Nos líquidos, essa resistência ao movimento é o que chamamos de viscosidade. Se não houvesse atrito, um bloco deslizaria para sempre em uma superfície horizontal; de forma semelhante, em um fluido sem viscosidade, um objeto poderia se mover sem resistência, mantendo sua velocidade constante.

Não encontramos na natureza fluidos totalmente não viscosos, mas é possível produzi-los em laboratório a temperaturas extremamente baixas, próximas ao zero absoluto — são os chamados superfluidos, por exemplo, o hélio líquido. Por outro lado, existem fluidos extremamente viscosos, como o piche, cuja viscosidade é dez bilhões de vezes maior que a da água à temperatura ambiente.

Quais os tipos de viscosidade?

A viscosidade pode ser medida de duas formas principais: como viscosidade dinâmica e viscosidade cinemática.

• Viscosidade dinâmica (ou absoluta): é uma medida de como o fluido resiste a ser deformado quando uma força é aplicada. É como se estivéssemos medindo a "fluidez" do fluido enquanto ele se movimenta. Para expressar essa medida, utilizamos a unidade Pascal-segundo [Pa ∙ s].

• Viscosidade cinemática: é uma outra maneira de descrever a viscosidade, levando em conta a massa específica (densidade volumétrica) do fluido, medida em [kg/m³]. Ela é obtida dividindo a viscosidade dinâmica pela massa específica do fluido e é medida em metros quadrados por segundo [m²/s].

Fórmula da viscosidade

A viscosidade dinâmica μ é dada pelo produto da viscosidade cinemática υ com a massa específica do fluido ρ:

μ = υ ⋅ ρ

Rearranjando os termos dessa equação, podemos escrever a viscosidade cinemática υ como a razão entre a viscosidade dinâmica μ e a massa específica do fluido ρ, dada por:

\( υ= \ \frac {μ}{ρ}\)

Tabela de viscosidade dos fluidos

Cada fluido possui um valor específico de viscosidade, a depender da temperatura e pressão. A seguir, apresentamos a viscosidade absoluta de alguns fluidos como exemplo.

Funcionamento do viscosímetro

O viscosímetro, ou viscômetro, é um aparelho usado para medir a viscosidade dos fluidos, ou seja, o quanto eles resistem ao movimento. Existem diferentes tipos de viscosímetros, sendo os três principais:

• Viscosímetro rotacional: mede a viscosidade dinâmica ao girar um rotor dentro do fluido, aplicando um torque (força de rotação). Se o rotor encontrar muita resistência ao girar, isso significa que o fluido é mais viscoso; se encontrar pouca resistência, o fluido é menos viscoso.

• Viscosímetro vibracional: mede a viscosidade de um fluido usando uma barra que vibra dentro dele. Basicamente, a viscosidade do fluido é determinada pela maneira como essa barra vibra em contato com o fluido.

• Viscosímetro capilar: mede o tempo que o fluido leva para escorrer por um tubo fino. Quanto mais devagar o fluido escoa, maior é sua viscosidade. Quanto mais rápido escoa, menor é sua viscosidade.

Fatores que afetam a viscosidade

Os principais fatores que influenciam a viscosidade de um fluido são a temperatura, a pressão e sua composição química:

• Temperatura: em geral, para os gases, a viscosidade aumenta com o aumento da temperatura, enquanto para a maioria dos líquidos ela diminui com o aumento da temperatura. Note que na tabela anterior a viscosidade da água diminui com o aumento da temperatura.

• Pressão: não muda tanto a viscosidade quanto a temperatura, mas pode ter um impacto significativo em fluidos supercríticos, onde temperatura e pressão estão muito altas (acima do ponto crítico).

• Composição química: substâncias adicionadas ao fluido, como polímeros, espessantes, sais e açúcares, geralmente tornam o fluido mais viscoso, deixando-o mais "grosso" ou "pegajoso".

Importância da viscosidade

A viscosidade desempenha um papel fundamental em diversas áreas do conhecimento. Considerando sua importância, reunimos alguns exemplos práticos em que o conhecimento sobre viscosidade é essencial.

• Indústria: medir a viscosidade é fundamental para garantir a qualidade e a consistência de diversos produtos. Por exemplo, a viscosidade de uma tinta influencia diretamente a qualidade da impressão. Já um shampoo pouco viscoso se espalhará rapidamente ao ser aplicado. Além disso, a viscosidade pode afetar a aparência e a textura do produto.

• Medicina: controlar a viscosidade do sangue desempenha um papel fundamental na saúde cardiovascular e pode contribuir para a prevenção de doenças cardíacas.

• Lubrificação: a viscosidade é um fator crucial na escolha de lubrificantes, como graxas e óleos. Para uma lubrificação eficaz, é essencial que o fluido possua uma viscosidade moderada, adequada às condições de uso. Além disso, a viscosidade deve ser compatível com a temperatura em que o fluido será aplicado, garantindo o desempenho ideal.

• Fluidos em tubulações: a viscosidade é essencial para determinar a taxa de fluxo de fluidos em tubulações.

• Adesivos: a viscosidade de um adesivo influencia seu comportamento após a aplicação. Um adesivo com alta viscosidade tende a permanecer no local em que é colocado, enquanto um adesivo com baixa viscosidade se espalha mais facilmente. É por isso que um adesivo molhado perde a sua aderência, pois a água é pouco viscosa.

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Exercícios sobre viscosidade

Questão 1: Uma fábrica automobilística utiliza frequentemente um material fluido que possui uma massa específica de 2000 kg/m³ e viscosidade cinemática de 0,05 m²/s. Com base nesses dados, qual será a viscosidade dinâmica desse fluido?

A) 100 Pa ∙ s

B) 200 Pa ∙ s

C) 500 Pa ∙ s

D) 1000 Pa ∙ s

E) 2000 Pa ∙ s

Resolução:

Alternativa D

Usando a fórmula da viscosidade dinâmica:

μ = υ ⋅ ρ 

μ = 0,05 ⋅ 2000 

μ = 1000 Pa ∙ s 

Questão 2: Em um laboratório de fármacos foi criado um líquido analgésico de viscosidade dinâmica de 0,2 Pa ∙ s e massa específica de 500 kg/m³. Considerando esses dados, qual será a viscosidade cinemática do líquido?

A) 0,0004 m²/s

B) 0,025 m²/s

C) 0,3 m²/s

D) 12,25 m²/s

E) 100 m²/s

Resolução:

Alternativa A

Usando a fórmula da viscosidade cinemática:

\( υ = \frac {μ}{ρ}\)

\(\nu = \frac{0,02}{500} \)

\( υ= 0,0004 m^2/s \)

Fontes

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Gravitação, Ondas e Termodinâmica (vol. 2). 9. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2012.

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Fluidos, Oscilações e Ondas, Calor (vol. 2). 4 ed. São Paulo: Editora Blucher, 2013.