La viscosità è un termine scientifico che descrive la resistenza al flusso di un fluido. Il fluido può essere un liquido o un gas, ma il termine è più comunemente associato ai liquidi. Per fare un semplice esempio, lo sciroppo ha una viscosità molto più alta dell’acqua: è necessaria più forza per muovere un cucchiaio attraverso un barattolo di sciroppo che in un barattolo d’acqua perché lo sciroppo è più resistente a scorrere intorno al cucchiaio. Questa resistenza è dovuta all’attrito prodotto dalle molecole del fluido e influenza sia la misura in cui un fluido si opporrà al movimento di un oggetto attraverso di esso sia la pressione richiesta per far muovere un fluido attraverso un tubo o un tubo. La viscosità è influenzata da una serie di fattori, tra cui la dimensione e la forma delle molecole, le interazioni tra di esse e la temperatura.
Misurazione
La viscosità di un liquido può essere misurata in diversi modi da dispositivi chiamati viscosimetri. Questi possono misurare il tempo impiegato da un fluido per spostare una particolare distanza attraverso un tubo o il tempo impiegato da un oggetto con una data dimensione e densità per cadere attraverso il liquido di interesse. L’unità di misura SI per questo è il pascal-secondo, dove il pascal è l’unità di pressione. Questa qualità viene quindi misurata in termini di pressione e tempo, in modo che, sotto una data pressione, un liquido viscoso impiegherà più tempo a percorrere una data distanza rispetto a uno meno viscoso.
Fattori che influenzano la viscosità
Di norma, i fluidi con molecole più grandi e complesse avranno viscosità più elevate. Ciò è particolarmente vero per le lunghe molecole a catena che si trovano nei polimeri e nei composti di idrocarburi più pesanti. Queste molecole tendono ad impigliarsi tra loro, impedendo il loro movimento.
Un altro fattore importante è il modo in cui le molecole interagiscono tra loro. I composti polari possono formare legami idrogeno che collegano molecole separate, aumentando la resistenza complessiva al flusso e al movimento. Sebbene l’acqua sia una molecola polare, ha una bassa viscosità a causa del fatto che le sue molecole sono piccole. I liquidi più viscosi tendono ad essere quelli con molecole lunghe che hanno polarità evidente, come la glicerina e il glicole propilenico.
La temperatura ha un effetto importante sulla viscosità, tanto che le misurazioni di questa qualità per i fluidi sono sempre fornite con le temperature. Nei liquidi diminuisce con la temperatura, come si può vedere se si scalda sciroppo o miele. Questo perché le molecole si muovono di più e quindi trascorrono meno tempo a contatto tra loro. Al contrario, la resistenza al movimento nei gas aumenta con la temperatura. Questo perché, poiché le molecole si muovono più velocemente, ci sono più collisioni tra loro, il che riduce la capacità di fluire.
Importanza per l’industria
Il petrolio greggio viene spesso convogliato su lunghe distanze attraverso regioni con temperature variabili e la velocità di flusso in risposta alla pressione varia di conseguenza. Il petrolio che scorre attraverso l’Alaska è più viscoso del petrolio negli oleodotti nel Golfo Persico, a causa delle diverse temperature del suolo, e di conseguenza è necessario applicare più pressione per mantenerlo in movimento. Per affrontare il problema della forza necessaria per fornire olio attraverso le tubazioni, i sensori in alcuni tubi misurano la viscosità del fluido e determinano se è necessario aggiungere una pressione maggiore o minore per mantenere il flusso dell’olio costante e stabile.
Naturalmente, anche l’olio motore è soggetto a variazioni di viscosità quando riscaldato da un motore. L’olio che diventa troppo fluido a causa del calore del motore non funzionerà correttamente. Per risolvere questo problema, all’olio vengono aggiunti polimeri per mantenere costanti i tassi di attrito a temperature più elevate.
Rilevanza per il vulcanismo
La viscosità del magma, o roccia calda e fusa sotto la superficie terrestre, è un fattore importante nello studio dei vulcani. La lava liquida tende a provocare eruzioni più frequenti ma meno violente, poiché scorre facilmente dalle camere magmatiche e fuori dal vulcano. Consente inoltre al gas disciolto di fuoriuscire più facilmente. Il magma più spesso tende a intrappolare questo gas ad alta pressione ed è necessaria più forza per espellere la lava dal vulcano, consentendo l’accumulo di una grande pressione nel tempo. Quando questo tipo di vulcano erutta, lo fa in modo esplosivo, spesso con conseguenze catastrofiche.