¿Los líquidos tienen velocidades terminales?

Considere la caída libre de un líquido a través de un fluido (es decir, dejar caer el contenido de un balde lleno de agua desde un edificio alto). ¿Alcanzará una velocidad terminal? Sé que la velocidad terminal de un objeto depende del área proyectada durante la caída. ¿Es posible calcular cuál sería esa área si el objeto es un líquido? ¿Se mantendrían el resto de las ecuaciones de velocidad terminal?

Respuestas (1)

Sí. Las gotas de lluvia alcanzan una velocidad terminal de unos 10 m/s o 20 mph. Esto varía según el tamaño de la gota y las condiciones atmosféricas.

Los líquidos cambian de forma a medida que caen, y también pierden masa al evaporarse. Contrariamente a la ficción popular, las gotas de lluvia no tienen forma de lágrima , es decir, son más aerodinámicas. Son aplastados por las fuerzas opuestas de la gravedad y la resistencia del aire. Si es mayor que aproximadamente 1 4 de una pulgada de diámetro, se descompondrán en gotitas más pequeñas; consulte Educación sobre la precipitación: Forma de una gota de lluvia , de donde se toma el siguiente diagrama:

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Debido al cambio de forma, es muy difícil calcular la velocidad terminal de un volumen dado de líquido. En Velocidad terminal de las gotas de lluvia en lo alto (Foote y Du Toit, 1968), los autores construyen una ecuación semiempírica (#7), basada en datos experimentales, teoría y modelado computacional.

Si se le diera suficiente altura desde la cual caer, el balde de agua se rompería gradualmente en gotitas cada vez más pequeñas hasta que cada una fuera menos de 1 4 pulgada de diámetro. Las salpicaduras de agua más grandes probablemente alcanzarían una velocidad más alta que las gotas en las que finalmente se convierten. La velocidad terminal sería menor que la velocidad máxima con la que cae el agua.

¿El tamaño mínimo de la esfera está gobernado por la tensión superficial? (suponiendo que factores como la temperatura y la presión del aire fueran los mismos)
Lo siento, no lo sé. No soy un experto en este tema, solo transmito lo poco que sé y tengo experiencia. Pero sí, espero que la tensión superficial sea el factor dominante.
¿Qué pasa con la versión generalizada? (un fluido que cae a través de otro fluido). Supongo que la viscosidad y la densidad de los fluidos son los principales factores a tener en cuenta, ¿qué más hay?
En el caso de dos líquidos, las densidades serían comparables, por lo que creo que la flotabilidad tendría una gran influencia en la velocidad terminal. Prácticamente puede haber factores químicos: formación de enlaces, miscibilidad.
Tengo entendido que para un análisis simplificado (sin interacciones químicas entre la interfaz fluido-fluido) obtendría un arrastre viscoso que combate la tensión superficial para dar como resultado una velocidad terminal final en un tamaño específico.
@JMac La única influencia de la tensión superficial está en la forma de la gota. No influye directamente en la velocidad terminal. Siempre que los líquidos no se mezclen, el volumen es constante. Si la velocidad terminal es pequeña, la forma será casi esférica. Como en el experimento de la Ley de Stokes para determinar la viscosidad, la velocidad terminal está determinada por el equilibrio del peso, el empuje hacia arriba y la resistencia viscosa.
@sammygerbil Lo que quise decir es que la forma final jugaría un papel importante en el arrastre final. Una tensión superficial más alta podría permitir un área de arrastre más grande que cambiaría su arrastre viscoso y, por lo tanto, su velocidad terminal.
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