Viscosidade

A viscosidade é uma propriedade física que todos os fluidos têm, fornecendo-lhes resistência ao seu movimento e escoamento. Dessa forma, fluidos de maior viscosidade apresentam maior resistência ao escoamento, como o mel e o piche.

Leia também: O que é a densidade?

Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre a viscosidade
• 2 - O que é viscosidade?
• 3 - Tipos de viscosidade
• 4 - Fórmulas da viscosidade
  • → Fórmula da viscosidade cinemática
  • → Fórmula da viscosidade dinâmica
  • → Fórmula da massa específica
• 5 - Como calcular a viscosidade?
• 6 - Tabela de viscosidade dos fluidos
• 7 - Como o viscosímetro funciona?
• 8 - Fatores que afetam a viscosidade
• 9 - Importância da viscosidade
• 10 - Exercícios resolvidos sobre viscosidade

Resumo sobre a viscosidade

• A viscosidade mede a resistência de um fluido ao seu fluxo. 
• A viscosidade pode ser classificada como viscosidade cinemática ou viscosidade dinâmica.
• O viscosímetro rotacional mede a viscosidade dinâmica dos fluidos por meio da sua resistência ao movimento do rotor.
• O viscosímetro capilar mede a viscosidade do fluido com base no tempo que ele demora em escoar.
• A temperatura, pressão e composição química do fluido são fatores que afetam a sua viscosidade.
• A viscosidade é aplicada no desenvolvimento de lubrificantes automotivos e tintas, no diagnóstico de doenças, na fabricação de novos polímeros e nanocompósitos, e muito mais.

O que é viscosidade?

A viscosidade é uma característica intrínseca dos fluidos que indica o quanto eles resistem ao seu escoamento. Em razão disso, quanto mais resistência ao escoamento um fluido tem, maior será a sua viscosidade e menor será a sua fluidez.

Tipos de viscosidade

Existem dois tipos de viscosidade, viscosidade dinâmica e viscosidade cinemática.

• Viscosidade dinâmica: ou viscosidade absoluta, mede a viscosidade dos fluidos com base na sua resistência interna ao movimento quando submetidos a uma força. É medida em Pascal-segundo ou Poise.
• Viscosidade cinemática: é uma forma alternativa de medição da viscosidade dos fluidos com base na razão entre a viscosidade dinâmica e a massa específica do fluido. É medida em metros quadrados por segundo ou Stokes.

Fórmulas da viscosidade

→ Fórmula da viscosidade cinemática

A viscosidade cinemática é calculada por meio da fórmula:

\(υ= \frac {μ}{ρ}\)

• υ  → viscosidade cinemática, medida em [m²/s].
• μ  → viscosidade dinâmica ou absoluta, medida em Pascal-segundo [Pa ∙ s].
• ρ  → massa específica do fluido, medida em [kg/m³].

→ Fórmula da viscosidade dinâmica

A viscosidade dinâmica é calculada por meio da fórmula:

\(μ=υ \cdot ρ\)

• μ  → viscosidade dinâmica ou absoluta, medida em Pascal-segundo [Pa ∙ s].
• υ  → viscosidade cinemática, medida em [m²/s].
• ρ  → massa específica do fluido, medida em [kg/m³].

→ Fórmula da massa específica

A massa específica pode ser calculada por meio da fórmula:

\(ρ= \frac{m}{V}\)

• ρ  → massa específica, medida em [kg/m³].
• m  → massa, medida em quilogramas [kg].
• V → volume, medido em [m³].

Como calcular a viscosidade?

A viscosidade cinemática é calculada por meio da sua fórmula quando sabemos a viscosidade dinâmica do fluido e a sua massa específica. A viscosidade dinâmica também é calculada por meio da sua fórmula quando sabemos a viscosidade cinemática do fluido e a sua massa específica. Abaixo selecionamos alguns exemplos de como calcular a viscosidade cinemática e a viscosidade dinâmica.

• Exemplo 1:

Qual é a viscosidade cinemática aproximada do leite que tem massa específica de 1040 kg/m³ e viscosidade dinâmica de 3 ∙ 10^-3 Pa ∙ s?

Resolução:

Calcularemos a viscosidade cinemática por meio da fórmula:

\(υ= \frac {μ}{ρ}\)

\(\nu = \frac{3 \cdot 10^{-3}}{1040}\)

\(\nu \cong 0{,}003 \cdot 10^{-3} \)

\(\nu \cong 3 \cdot 10^{-3} \cdot 10^{-3} \)

\(\nu \cong 3 \cdot 10^{-6} \, \text{m}^2/\text{s} \)

A viscosidade cinemática aproximada do leite é de 3 ∙ 10^-6 m²/s.

• Exemplo 2:

Qual é a viscosidade dinâmica do etanol, sabendo que a sua viscosidade cinemática aproximada é de 1,3∙10^-6 m²/s e a sua massa específica é de 789 kg/m³?

Resolução:

Calcularemos a viscosidade dinâmica por meio da sua fórmula:

\(\mu = \nu \cdot \rho\)

\(\mu = 1{,}3 \cdot 10^{-6} \cdot 789\)

\(\mu = 1025{,}7 \cdot 10^{-6} \)

\(\mu = 1{,}0257 \cdot 10^{3} \cdot 10^{-6}\)

\(\mu = 1{,}0257 \cdot 10^{-3} \, \text{Pa} \cdot \text{s} \)

A viscosidade dinâmica aproximada do etanol é de \(1,0257 \cdot 10^{-3} \ Pa \cdot s.\)

Tabela de viscosidade dos fluidos

Cada fluido apresenta um valor de viscosidade. Abaixo selecionamos a viscosidade absoluta de alguns fluidos.

Como o viscosímetro funciona?

O viscosímetro é um equipamento empregado nas medições de viscosidade dos fluidos. Existem diversos tipos de viscosímetro. Os principais são:

• Viscosímetro rotacional: mede a viscosidade dinâmica de um fluido a partir da aplicação de certo torque para rotacionar um rotor (ou cilindro) no interior do fluido. Quanto maior for a resistência do rotor ao movimento no fluido, maior será a viscosidade do fluido; quanto menor for a resistência do rotor ao movimento no fluido, menor será a viscosidade do fluido. É o tipo mais usado.
• Viscosímetro capilar: mede o tempo que um fluido demora a escoar em um tubo; quanto mais tempo levar, maior será a viscosidade do fluido.

Fatores que afetam a viscosidade

Os principais fatores que afetam a viscosidade de um fluido são a temperatura, pressão e composição química dele.

• Temperatura: é capaz de afetar a viscosidade de um fluido, de modo que: quando elevamos a temperatura na maioria dos gases, a sua viscosidade tende a aumentar; já quando elevamos a temperatura na maioria dos líquidos, a sua viscosidade tende a diminuir.
• Pressão: não afeta a viscosidade tanto quanto a temperatura, mas, em fluidos supercríticos (cuja temperatura e pressão estão acima do seu ponto crítico), afeta consideravelmente a sua viscosidade.
• Composição química: é capaz de afetar a viscosidade de um fluido, de modo que adicionar polímeros, aditivos espessantes, sais e açúcares em um líquido podem elevar a sua viscosidade.

Importância da viscosidade

A viscosidade é extremamente importante para a medicina, engenharia, Química, Física e muitas outras áreas. Pensando nisso, selecionamos algumas situações em que se é necessário ter conhecimento da viscosidade.

• Calcular a taxa de fluxo de fluidos (ou fluxo volumétrico) em tubulações.
• Desenvolvimento de lubrificantes automotivos e tintas.
• Projetos hidráulicos e processos industriais.
• Estudo da dispersão de poluentes atmosféricos e aquáticos.
• Desenvolvimento de novos materiais, como polímeros e nanocompósitos.
• Análises dos fluidos corporais e diagnósticos de doenças, como trombose e artrite. 
• Estudo do comportamento e classificação dos fluidos.

Acesse também: Solubilidade — propriedade física que avalia a capacidade de um material dissolver outro

Exercícios resolvidos sobre viscosidade

Questão 1

Em um laboratório você analisa um fluido que tem as seguintes informações:

• Massa específica: 1,100 kg/m³.
• Viscosidade dinâmica: 0,015 Pa ∙ s.

Determine a viscosidade cinemática do fluido.

A) 0,0136 m²/s

B) 0,0272 m²/s

C) 0,0408 m²/s

D) 0,0544 m²/s

E) 0,0680 m²/s

Resolução:

Alternativa A

Calcularemos viscosidade cinemática do fluido por meio da sua fórmula:

\(υ= \frac{μ}{ρ}\)

\(υ= \frac {0,015 }{1,100}\)

\(υ=0,0136 m^2/s\)

Questão 2

O rótulo de um fluido diz que ele tem massa específica de 850 kg/m³  e viscosidade cinemática de 0,0025 m²/s. Com base nessas informações, determine a viscosidade absoluta desse fluido.

A) 0,531 Pa∙s

B) 1,062 Pa∙s

C) 2,125 Pa∙s

D) 3,187 Pa∙s

E) 4,256 Pa∙s

Resolução:

Alternativa C

Calcularemos a viscosidade dinâmica por meio da sua fórmula:

\(μ=υ \cdot ρ\)

\(μ=0,0025 \cdot 850 \)

\(μ=2,125 \ Pa \cdot s \)

Fontes

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Gravitação, Ondas e Termodinâmica (vol. 2). 8. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2009.

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Fluidos, Oscilações e Ondas, Calor (vol. 2). 5 ed. São Paulo: Editora Blucher, 2015.

The Physics Hypertextbook. Viscosity. Disponível em: https://physics.info/viscosity/.