Fluidos: Hidrostática e Hidrodinámica

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Fluidos

Se denomina “fluidos” a las sustancias que no poseen forma propia, comprende a los líquidos y a los gases.

Hidrostática

Estudia a los fluidos en reposo. Se denomina “fluidos” a las sustancias que no poseen forma propia, comprende a los líquidos y a los gases. Transversal

Densidad: se define como el cociente de la masa de una sustancia y su volumen a una temperatura y presión específicas.[pic 3]

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Las densidades de los sólidos y de los líquidos varían ligeramente con los cambios de presión y temperatura, mientras que los gases lo hacen notoriamente.

Densidad relativa: cociente de la densidad de una sustancia y la densidad del agua resulta un número adimensional.
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Peso específico: cociente entre el peso de la sustancia y su volumen. [pic 6]

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1mg H2O = 9800N

El peso específico de una sustancia es igual al producto de su densidad por la aceleración de la gravedad.
Para averiguar el peso específico de alguna sustancia sólo se necesita multiplicar la densidad que allí figura por aceleración de la gravedad (980cm/s2 o bien 9,8m/s2)

Presión: cuando se aplica una fuerza a un sólido es sobre un punto de este, pero en el caso de los fluidos es necesario la presencia de una superficie que haga contacto con el fluido y entonces se aplica la fuerza sobre esta superficie, la cual actúa sobre el fluido. Se define como el cociente entre el módulo de la fuerza aplicada sobre la superficie. [pic 8]

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Los fluidos no poseen forma propia, sino que adoptan la del recipiente que los contiene (volumen) y la presión del fluido es en todos los sentidos, es decir que se ejerce contra las paredes del recipiente.

Presión: magnitud cuya medida se obtiene efectuando el cociente entre la medida del módulo de la fuerza normal aplicada a la superficie y el área de la misma.

Empuje y peso aparente

Todos hemos experimentado la sensación de sentirnos más livianos cuando estamos sumergidos en agua. Ello no se debe a una reducción de nuestro peso, sino a la presencia del empuje.

Si haces el experimento que se ilustra en la figura B, podrás constatar que en apariencia el peso de una piedra se reduce al sumergirla en agua. Por ejemplo, si al colgar la piedra del dinamómetro este indica que el peso de la piedra es de 10 Newton (a) y al sumergirla en agua (b) indica 8 Newton, ello se debe a que, sobre la piedra, además de la fuerza de gravedad, está actuando el empuje que ejerce el agua. El peso de la piedra es 10 Newton, su peso aparente 8 Newton y el empuje 2 Newton.

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Principio de Pascal

Cuando se aumenta o se disminuye la presión ejercida sobre cualquier punto de un líquido confinado, este cambio en la presión es transmitido igualmente por todo el líquido. La presión ejercida en un líquido en equilibrio encerrado en un recipiente se transmite a todos los puntos del mismo con igual valor.
Por medio de esta ley puede diferenciarse el comportamiento de sólidos y fluidos frente a las fuerzas que sobre ellos se apliquen.
De acuerdo con la Ley de Pascal los líquidos ideales transmiten solamente presiones. El funcionamiento de una prensa hidráulica se basa en la transmisión de la presión por el líquido que se encuentra encerrado en un tubo y cuyos extremos están cerrados por émbolos móviles de diferentes superficies, tal que, si se ejerce una fuerza F1 sobre una superficie S1 en dicho sistema, en el otro extremo de la superficie S2 producirá una fuerza F2, ya que la presión P dentro del tubo es la misma por el principio de Pascal.

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Principio de Arquímedes

“Todo objeto parcial o totalmente sumergido en un líquido es empujado hacia arriba por una fuerza igual al peso del líquido desplazado.”

Este principio es aplicado tanto a los líquidos como a los gases.

Todo cuerpo total o parcialmente sumergido en un líquido recibe un empuje vertical de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del líquido que se desplaza.

Hidrodinámica

Implica el estudio de los fluidos en movimiento. La trayectoria de las partículas que componen al líquido es esencial para determinar si el movimiento del fluido es estacionario o es turbulento.

Flujo o caudal

Cuando un líquido fluye por un tubo ocupándolo completamente y la cantidad que entra por un extremo es igual a la que sale por el otro extremo en el mismo tiempo, se dice que el líquido fluye con un caudal o gasto constante.
Un líquido al ser incomprensible, al no haber zonas en donde se pueda almacenar durante su recorrido por dentro de un tubo, el volumen que atraviesa una sección transversal del mismo, lo deberá hacer en una sección posterior en dicho recorrido total.[pic 16]

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Al relacionar el volumen del fluido con el tiempo empleado para pasar por una sección transversal del tubo, define el concepto de Flujo o caudal.
El caudal se asocia al volumen del líquido (V) que en un tiempo dado pasa por la sección (s) de un tubo. Si el caudal de líquido es constante, esta se define como el cociente entre la medida del volumen del líquido que pasa a través de la sección del tubo y la cantidad de tiempo que emplea en pasar.

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Si el líquido conserva su caudal (Q=constante), al atravesar dos áreas diferentes (S1 y S2) en su trayectoria lo hará con diferentes velocidades (v1 y v2) respectivamente.
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Ecuación de continuidad
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De esta ecuación se deduce que la velocidad del líquido en cualquier parte de la trayectoria dentro es inversamente proporcional al área transversal del mismo. El líquido se moverá lentamente en las zonas de área grande y lo hará rápidamente cuando el área sea pequeña. Además, las partículas que componen el fluido y que describen una trayectoria de líneas, éstas se alejan entre sí cuando la velocidad es lenta y se acercan cuando la velocidad incrementa, debido a la relación con las áreas. Expresa una función de proporcionalidad inversa entre sección y valor de la velocidad de los líquidos que se mueven a caudal constante.

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