Dans de nombreuses situations scientifiques et industrielles, il est nécessaire de connaître la viscosité des liquides. La viscosité est la mesure de la résistance du liquide à l’écoulement. Les liquides à haute viscosité ont une plus grande résistance à l’écoulement et ne sont pas facilement déformés par les contraintes physiques, tandis que les liquides à faible viscosité sont minces et s’écoulent facilement. La viscosité des liquides peut être déterminée à l’aide d’un instrument appelé viscosimètre, dont il existe de nombreux types différents. Dans les cas où des mesures moins précises sont acceptables, la viscosité peut également être mesurée à l’aide de simples appareils basés sur la gravité.
L’un des types de viscosimètres les plus courants est le viscosimètre à sphère tombante. Cette configuration mesure la viscosité des liquides en chronométrant le temps qu’il faut à une petite sphère de densité et de taille connues pour tomber d’une certaine distance à travers un liquide. La sphère est placée dans un tube vertical rempli de liquide et autorisée à atteindre sa vitesse terminale lorsqu’elle tombe. À la vitesse terminale, la force de traînée tirant la sphère vers le haut est égale à la force de gravité la tirant vers le bas, et la sphère cesse d’accélérer, maintenant une vitesse constante lorsqu’elle tombe. Une fois que la vitesse terminale, la densité du liquide et de la sphère et la taille de la sphère sont connues, une formule, la loi de Stokes, peut être utilisée pour calculer la viscosité du liquide.
Un autre viscosimètre assez simple qui est utilisé en laboratoire est le viscosimètre Ostwald, également connu sous le nom de viscosimètre capillaire en verre ou viscosimètre à tube en U. Ce dispositif à tube de verre en forme de U se compose de deux ampoules, l’une sur la partie inférieure du bras gauche du U, et l’autre sur la partie haute du droit. Il est maintenu verticalement pendant que le liquide est aspiré dans le bulbe supérieur, puis redescendu vers le bulbe inférieur, après deux marques sur le tube. La viscosité des liquides peut être déduite en tenant compte du diamètre du tube de verre, du temps qu’il faut pour qu’un liquide s’écoule au-delà des deux marques et de la densité de ce liquide.
Les laboratoires qui nécessitent des mesures de précision peuvent utiliser des viscosimètres plus élaborés qui intègrent des composants électroniques et mesurent la viscosité à l’aide d’un piston oscillant ou d’un résonateur vibrant immergé dans le liquide. Dans d’autres contextes, tels que l’industrie de la peinture, des principes physiques plus simples peuvent être utilisés pour déduire la viscosité approximative des liquides. Ces mesures reposent souvent sur une mesure connue sous le nom de viscosité cinématique – la résistance d’un liquide à s’écouler en présence de gravité.
La coupe Zahn et la coupe de viscosité Ford sont des exemples de dispositifs basés sur la gravité utilisés pour mesurer la viscosité cinématique. Dans ces appareils, le liquide – la peinture, dans le cas de la tasse Zahn, ou l’huile à moteur pour la tasse Ford – s’écoule par un petit trou au fond d’une tasse lorsqu’elle est maintenue en l’air. Le liquide s’écoule en un flux régulier jusqu’à un certain point où il se brise en gouttes. Selon la viscosité du liquide, la rupture se produira à des moments différents. Une mesure de la viscosité cinématique peut être trouvée en multipliant ce temps en secondes par le numéro de spécification de la tasse, qui est calibré pour le liquide approprié.