HIDROMECÁNICA

HIDROMECANICA

• INTRODUCCION

En la naturaleza podemos encontrar a la materia en tres estados comunes: sólido, líquido y gaseoso. Los líquidos y los gases poseen características semejantes que los diferencian de los sólidos como por ejemplo, no pueden conservar una forma definida, no pueden soportar esfuerzos cortantes muy grandes (sobre todo los gases), toman la forma del recipiente que los contiene, las fuerzas de cohesión entre moléculas es pequeña, además ambos tienen la capacidad de fluir. A estos estados de la materia, líquidos y gases se les denomina fluidos.

La hidromecánica o mecánica de los fluidos es la parte de la Física que se encarga del estudio de los fluidos, sin embargo, es necesario aclarar que aunque los líquidos y los gases poseen características comunes que hacen que se denominen bajo un solo término, ambos poseen características específicas diferentes cuyos efectos algunas veces se estudian separadamente.

Para un estudio más simplificado de los fluidos, es necesario suponer un medio continuo, es decir una distribución continua de la materia, sin considerara espacios intermoleculares, lo cual se justifica al tener un número muy grande de moléculas de fluido en un pequeño volumen de materia.

Finalmente, la hidromecánica se estudia bajo dos campos: La HIDROSTATICA y la HIDRODINAMICA. Existe otra rama dentro de la hidromecánica denominada NEUMATICA en la que se aplican las leyes de los dos campos anteriores y se estudian otras características de los gases.

HIDROSTATICA: Fluidos en equilibrio, en reposo o con velocidad constante.

HIDRODINAMICA: Fluidos en movimiento.

HIDROMECANICA

NEUMATICA: Estudio específico de los gases que poseen características diferentes a los líquidos

• FLUIDO: Es cualquier sustancia que puede fluir. Se deforma continuamente, toma la forma del recipiente que lo contiene debido a que las fuerzas de cohesión entre moléculas es pequeña.

• PROPIEDADES BASICAS DE LOS FLUIDOS

1. DENSIDAD. Propiedad importante que relaciona la masa y el volumen del fluido. La densidad es la masa por unidad de volumen. Sólo un material homogéneo tiene la misma densidad en todas sus partes.

ρ = m/V; donde: ρ: densidad del fluido.

m: masa del fluido

V: volumen que ocupa el fluido.

En el caso de los fluidos, la densidad varía con la presión y la temperatura. La atmósfera terrestre es menos densa a mayor altura. Los océanos son más densos a mayores profundidades. En estos casos se considera la densidad media.

o UNIDADES [ρ] : ML-3

 SI: Kg/m3

 Ingles: slug/pie3

 MKS: Kg/m3

 CGS: gr/cm3

MATERIAL DENSIDAD Kg/m3 MATERIAL DENSIDAD Kg/m3

Aire (1atm. 20ºC)

Etanol

Benceno

Hielo

Agua

Agua De Mar

Sangre

Glicerina

Hormigón 1.20

0,81X103

0,90X103

0,92X103

1,00X103

1,03X103

1,06X103

1,26X103

2,00X103 Hierro, Acero

Latón

Cobre

Plata

Plomo

Mercurio

Oro

Platino

Aluminio 7,80X103

8,60X103

8,90X103

10,5X103

11,3X103

13,6X103

19,3X103

21,4X103

2,7X103

2. PESO ESPECÍFICO.

γ = w/V donde: γ: peso específico del fluido.

w: peso del fluido

V: volumen que ocupa el fluido

o UNIDADES [γ ] : FL-3

 SI: N/m3

 Ingles: lib/pie3

 MKS: Kg-f/m3

 CGS: Din/cm3

3. COHESION Y ADHESION. Propiedad que caracteriza el movimiento de los fluidos.

3.1. COHESION. Es la atracción entre moléculas de una misma sustancia. Esta interacción molecular aunque pequeña, permite en los líquidos resistir esfuerzos de tensión pequeños.

3.2. ADHESION. Atracción entre moléculas de diferentes sustancias.

4. TENSION SUPERFICIAL:

La superficie de separación (interfase) entre un líquido y un gas o entre dos líquidos que no se mezclan se comporta como si estuviera formada por una membrana elástica. Esta propiedad llamada tensión superficial se debe a la fuerza resultante entre las fuerzas de cohesión y fuerzas de adhesión.

R = Fc – Fa ; donde: Fc : Fuerzas de cohesión.

Fa : Fuerzas de adhesión.

En la superficie de separación o interfase: Fc > Fa

La Tensión Superficial es un escalar y tiene el mismo valor en todos los puntos de la superficie. Este valor depende de los medios a ambos lados de la interfase y de la temperatura. Son ejemplos de Tensión Superficial, una gota de agua esférica, una aguja o una navaja que flota en agua, etc.

Los jabones y detergentes disminuyen la Tensión Superficial del agua. Este efecto es deseable para lavar y limpiar pues la elevada Tensión Superficial del agua le impide penetrar a través de los poros y fibras de los materiales.

Las sustancias que disminuyen la Tensión Superficial de un líquido se llaman SURFACTANTES.

Existen dos métodos para medir la Tensión Superficial: Estático y Dinámico. El primero se realiza con líquidos en reposo y en realidad se mide experimentalmente, como la fuerza necesaria para retirar por ejemplo una espira de alambre adherida a la superficie.

La fuerza F es la resultante entre las fuerzas de atracción entre moléculas del líquido y moléculas de la espira.

La Tensión Superficial es la fuerza F por unidad de longitud alrededor de la cual se distribuye, es este caso alrededor de la longitud de la circunferencia que es la forma de la espira. Sin embargo, puesto que existen dos películas de moléculas formadas en el interior y exterior de la espira, esta longitud debe duplicarse.

Así, la Tensión Superficial Ts, debe medirse como: Ts = F / 2l.

En el caso de la espira que es circular, l = 2πR, siendo por tanto, Ts = F/ 4πR.

El método dinámico para medir la Tensión Superficial consiste en encerrar una delgada película de líquido en un aparato en forma de U como el de la figura.

Se necesita una fuerza F para jalar el alambre movible y así incrementar el área de la superficie del líquido.

Esta capa es una delgada película que tiene una cara anterior y otra posterior, de allí que la longitud sobre la cual actúa

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