Calculadora de la ley de Stokes

La ley de Stokes describe el arrastre viscoso sobre una esfera pequeña que se mueve lentamente en un fluido newtoniano. La fuerza de arrastre equivale a seis pi por la viscosidad dinámica, el radio y la velocidad relativa. Cuando una partícula más densa sedimenta a velocidad terminal, su peso hacia abajo se equilibra con el empuje y el arrastre viscoso hacia arriba. Al resolver ese equilibrio, la velocidad terminal es dos veces el radio al cuadrado por la diferencia de densidades y la aceleración gravitatoria, dividido entre nueve veces la viscosidad dinámica. Esta calculadora supone una esfera rígida, lisa y aislada en un fluido inmóvil y sin límites. Usa la aceleración gravitatoria estándar de 9.80665 metros por segundo al cuadrado. El radio influye al cuadrado: al duplicarlo, la velocidad prevista se cuadruplica si lo demás permanece constante. Una diferencia de densidades mayor favorece la sedimentación, mientras que una viscosidad mayor la ralentiza. Una partícula menos densa que el fluido asciende; esta interfaz se centra en la sedimentación descendente y exige que la densidad de la partícula supere a la del fluido. La fórmula se aplica al flujo reptante, donde la inercia es despreciable frente a las fuerzas viscosas. El número de Reynolds es una comprobación importante. Aquí se calcula a partir de la densidad del fluido, el diámetro de la esfera, la velocidad terminal y la viscosidad. Valores muy inferiores a uno respaldan el supuesto; valores cercanos o superiores a uno indican que las correcciones inerciales pueden importar. El primer ejemplo muestra deliberadamente un resultado fuera del régimen estrictamente reptante para recordar que no debe aceptarse la velocidad sin revisar Reynolds. Las paredes cercanas, otras partículas, las formas no esféricas, la turbulencia, el movimiento del fluido, el deslizamiento, la concentración y el comportamiento no newtoniano pueden alterar la sedimentación. Las partículas muy pequeñas también pueden verse afectadas por el movimiento browniano; gotas y burbujas pueden tener circulación interna y requerir otras relaciones de arrastre. La sedimentación de Stokes se usa en sedimentación, medición de partículas, teoría de centrifugación, aerosoles, procesamiento de minerales y transporte ambiental. Usa la viscosidad medida a la temperatura real, pues puede variar mucho con ella. En experimentos, deja distancia suficiente para alcanzar el movimiento terminal y considera correcciones por las paredes del recipiente. Trata el resultado como una primera estimación y elige una correlación de arrastre más general si no se cumplen los supuestos o la comprobación de Reynolds.