Concepto de Ley de Stokes

La ecuación matemática expresa la solución de velocidades de las partículas esféricas pequeñas en un fluido medio, la ley fue establecida por primera vez por el científico británico Sir George G. Stokes en 1851, se deriva por la consideración de las fuerzas que actúan sobre una partícula que se hunde a través de una columna de líquido bajo la influencia de la gravedad. La fuerza que actúa en la resistencia a la caída es igual a 6 rm🇻, donde r es el radio de la esfera, n es la viscosidad del líquido y v es la velocidad de caída. La fuerza que actúa hacia abajo es igual a 4/3 πr 3 ( d 1 - d 2 ) g, en la que d 1 es la densidad de la esfera, d 2 es la densidad del líquido, y g es la constante gravitacional.

Ley de Stokes

A una velocidad constante de caída de las fuerzas ascendentes y descendentes están en equilibrio. Igualando las dos expresiones dadas anteriormente y despejando v por lo tanto, se obtiene la velocidad requerida, expresada por la ley de Stokes como v = 2 / 9 ( d 1 - d 2 ) gr 2 / η.

La ley de Stokes encuentra aplicación en varias áreas, particularmente con respecto a la sedimentación de los sedimentos en agua dulce y en las mediciones de la viscosidad de los fluidos. Debido a su validez se limita a las condiciones en las que el movimiento de la partícula no produce turbulencia en el fluido, sin embargo, varias modificaciones se han expuesto.

La ley de stokes es base de la caída de esfera viscosímetro en el que el fluido es estacionario en un tubo de vidrio vertical, se permite una esfera de tamaño y densidad conocida a descender a través del líquido. Si se selecciona correctamente alcanza la velocidad terminal que puede ser medido por el tiempo que tarda en pasar dos marcas en el tubo, la detección electrónica se puede utilizar para líquidos opacos conociendo la velocidad máxima, el tamaño y la densidad de esfera y la densidad del líquido, la ley de Stokes se puede usar para calcular la viscosidad del fluido. Una serie de cojinetes de bolas de acero de diferentes diámetros se utilizan normalmente en el experimento clásico para mejorar la precisión del cálculo.

El experimento escuela utiliza glicerina o jarabe de oro como el fluido, y la técnica se utiliza industrialmente para comprobar la viscosidad de los fluidos utilizados en los procesos. Varios experimentos escolares a menudo implican la variación de la temperatura y / o la concentración de las sustancias utilizadas con el fin de demostrar los efectos que esto tiene sobre la viscosidad. Métodos industriales incluyen diversos aceites y polímeros líquidos tales como soluciones.

La ley de Stokes es importante para la comprensión de la natación de los microorganismos y espermatozoides. También la sedimentación de las partículas pequeñas y los organismos en el agua bajo la fuerza de la gravedad. en el aire la misma teoría se puede utilizar para explicar por qué las gotitas pequeñas de agua o cristales de hielo pueden permanecer suspendidas en el aire como las nubes hasta que crecen a un tamaño crítico y comienzan a caer en forma de lluvia (nieve o granizo). El uso de la ecuación similar puede hacerse en la liquidación de las partículas finas en agua u otros líquidos.

De acuerdo con la Universidad Tecnológica de Michigan, importantes aplicaciones utilizan la ley de Stokes para gestionar la sedimentación gravitacional de las partículas en un líquido. Esas soluciones ambientales incluyen la limpieza de partículas contaminantes en ríos y océanos, la actividad de partículas en suspensión en la comprensión de las plantas de tratamiento de aguas residuales y la densa suspensión de partículas en el cemento fresco para los proyectos de construcción.