Mecánica de Fluidos
Mecánica de Fluidos
La Mecánica de Fluidos estudia las leyes del movimiento de los fluidos y sus procesos de interacción con los cuerpos sólidos. La Mecánica de Fluidos como hoy la conocemos es una mezcla de teoría y experimento que proviene por un lado de los trabajos iniciales de los ingenieros hidráulicos, de carácter fundamentalmente empírico, y por el otro del trabajo de básicamente matemáticos, que abordaban el problema desde un enfoque analítico. Al integrar en una única disciplina las experiencias de ambos colectivos, se evita la falta de generalidad derivada de un enfoque estrictamente empírico, válido únicamente para cada caso concreto, y al mismo tiempo se permite que los desarrollos analíticos matemáticos aprovechen adecuadamente la información experimental y eviten basarse en simplificaciones artificiales alejadas de la realidad.
Densidad
La densidad es una magnitud escalar que permite medir la cantidad de masa que hay en determinado volumen de una sustancia.
La fórmula para calcular la densidad de un objeto es: ρ =m/v, es decir: densidad es igual a masa entre volumen. De lo cual, además, podemos deducir que la densidad es inversamente proporcional al volumen: mientras menor sea el volumen ocupado por determinada masa, mayor será la densidad.
Presión
En física, la presión (símbolo P) es una magnitud física escalar que mide la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar cómo se aplica una determinada fuerza resultante sobre una superficie.
Presión: Magnitud que se define como la derivada de la fuerza con respecto al área.
P = dF/dA
Cuando la fuerza que se aplica es normal y uniformemente distribuida sobre una superficie, la magnitud de la presión se obtiene dividiendo la fuerza aplicada sobre el área correspondiente.
P = F/A
Presión Hidrostática
La presión hidrostática es un tipo de presión debida al peso de un fluido en reposo, en éste la única presión existente es la presión hidrostática. En un fluido en movimiento además puede aparecer una presión hidrodinámica relacionada con la velocidad del fluido.
Un fluido pesa y ejerce presión sobre las paredes, sobre el fondo del recipiente que lo contiene y sobre la superficie de cualquier objeto sumergido en él. Esta presión, llamada presión hidrostática provoca, en fluidos en reposo, una fuerza perpendicular a las paredes del recipiente o a la superficie del objeto sumergido sin importar la orientación que adopten las caras. Si el líquido fluyera, las fuerzas resultantes de las presiones ya no serían necesariamente perpendiculares a las superficies.
Cuando la fuerza que se aplica es normal y uniformemente distribuida sobre una superficie, la magnitud de la presión se obtiene dividiendo la fuerza aplicada sobre el área correspondiente.
P = F/A
Empuje
El Empuje es una fuerza presente en todos los objetos que poseen la capacidad de moverse con algún motor o sistema que lo propulsa hacia adelante. Cotidianamente vemos el empuje en vehículos de todo tipo, automóviles, trenes, aviones, cohetes, barcos, entre otros. La idea consiste básicamente en que la fuerza que se genera por el motor o hélice que impulsa hacia adelante el móvil, genera a su vez una fuerza contraria y multiplicada por la aceleración.
Fuerza
Denominamos fuerza a toda acción capaz de producir cambios en el movimiento o en la estructura de un cuerpo. Si empujamos una bola con el dedo le estaremos aplicando una fuerza. Tras aplicarla caben varias posibilidades, una de ellas es que empiece a moverse o que por ejemplo, se deforme. Dependiendo de donde la apliquemos, en qué dirección, sentido o cantidad, la bola se moverá o deformara hacia un lado o a otro. Por tanto, es lógico pensar que las fuerzas tienen un carácter vectorial, de hecho son magnitudes vectoriales.
Principio de los vasos comunicantes
Vasos comunicantes es el nombre que recibe un conjunto de recipientes comunicados por su parte inferior, superior o lateral y que contienen un líquido homogéneo; se observa que cuando el líquido está en reposo alcanza el mismo nivel en todos los recipientes, sin influir la forma y volumen de estos. Cuando sumamos cierta cantidad de líquido adicional, éste se desplaza hasta alcanzar un nuevo nivel de equilibrio, el mismo en todos los recipientes. Sucede lo mismo cuando inclinamos los vasos; aunque cambie la posición de los vasos, el líquido siempre alcanza el mismo nivel.
TENSIÓN SUPERFICIAL
Las moléculas de un líquido se atraen entre sí, de ahí que el líquido esté “cohesionado”. Cuando hay una superficie, las moléculas que están justo debajo de la superficie sienten fuerzas hacia los lados, horizontalmente, y hacia abajo, pero no hacia arriba, porque no hay moléculas encima de la superficie. El resultado es que las moléculas que se encuentran en la superficie son atraídas hacia el interior de éste. Para algunos efectos, esta película de moléculas superficiales se comporta en forma similar a una membrana elástica tirante (la goma de un globo, por ejemplo). De este modo, es la tensión superficial la que cierra una gota y es capaz de sostenerla contra la gravedad mientras cuelga desde un gotario. Ella explica también la formación de burbujas.
La tensión superficial se define en general como la fuerza que hace la superficie (la “goma” que se menciona antes”) dividida por la longitud del borde de esa superficie (OJO: no es fuerza dividida por el área de la superficie, sino dividida por la longitud del perímetro de esa superficie).
CAPILARIDAD
Se denomina capilaridad al fenómeno que hace que la superficie de un fluido, al estar en contacto con un cuerpo sólido, suba o baje de acuerdo a si moja o no al elemento en cuestión. Puede afirmarse que esta propiedad es dependiente de la tensión superficial del líquido, que hace que el líquido se enfrente a una resistencia a la hora de incrementar su superficie. La tensión superficial, a su vez, se vincula a la cohesión del fluido. De acuerdo a la tensión superficial, el líquido podrá descender o subir por el tubo capilar. Dicho fenómeno es lo que conocemos como capilaridad.
Cuando la cohesión entre las moléculas resulta menor que la adhesión del fluido al tubo, el líquido moja y, por lo tanto, asciende por el conducto. Dicho ascenso continuará hasta que la tensión superficial se equilibre como consecuencia del peso del fluido. En cambio, si la cohesión molecular del fluido es mayor que la adhesión al tubo, la tensión superficial provoca un descenso del líquido.
