Fundamentos de la Mecánica de fluidos

Mecánica De Fluidos

La mecánica de fluidos es la rama de la física comprendida dentro de la mecánica de medios continuos que estudia el movimiento de los fluidos (gases y líquidos) así como las fuerzas que lo provocan. La característica fundamental que define a los fluidos es su incapacidad para resistir esfuerzos cortantes (lo que provoca que carezcan de forma definida). También estudia las interacciones entre el fluido y el contorno que lo limita.

Un fluido es una sustancia que se deforma continuamente cuando a este se le aplica una fuerza.
Posee la propiedad de fluir, carece de rigidez y elasticidad, y en consecuencia cede inmediatamente a cualquier fuerza tendente a alterar su forma y adoptando así la forma del recipiente que lo contiene. Los fluidos pueden ser líquidos o gases según la diferente intensidad de las fuerzas de cohesión existentes entre sus moléculas. Hidrostática: Estudia los fluidos en estado de reposo. La sumatoria de fuerzas aplicadas es igual a cero (0). No hay variación de velocidad.

Es una colección de moléculas que están dispuestas aleatoriamente y sujetas juntas por fuerzas cohesivas débiles y por fuerzas ejercidas por las paredes de un recipiente. Ambos líquidos y gases son fluidos.
En nuestro estudio de la mecánica de los fluidos, aplicaremos los principios de la física para explicar efectos tales como la fuerza de flotación que actúa sobre un objeto sumergido. Primero, consideramos la mecánica de un fluido en reposo, es decir, la estática del fluido. Y luego la mecánica de los fluidos en movimiento, Es decir, dinámica de fluidos.

Hidrostática: Estudia los fluidos en estado de reposo. La sumatoria de fuerzas aplicadas es igual a cero (0). No hay variación de velocidad.

Considere una fuerza actuando sobre la superficie de un sólido, la dirección en la que actúa la fuerza no importa para la forma del solido ya que esta no cambia, la acción de la fuerza se traduce en movimiento del cuerpo, desplazándose este como un todo.

El sujeto aplica una fuerza de empuje sobre la caja
El cuerpo se desplaza como un todo

Si la fuerza se aplica a un líquido o un gas, el comportamiento del sistema es diferente, estos tienden a fluir, es decir, a deslizarse por capas

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En los líquidos, las fuerzas intermoleculares permiten que las partículas se muevan libremente, aunque mantienen enlaces latentes que hacen que las sustancias en este estado presenten volumen constante o fijo. Cuando se vierte un líquido a un recipiente, el líquido ocupará el volumen parcial o igual al volumen del recipiente sin importar la forma de este último..

Los líquidos son incompresibles debido a quesu volumen no disminuye al ejercerle fuerzasmuy grandes. Otra de sus propiedades es que ejercen presión sobre los cuerpos sumergidos en ellos o sobre las paredes del recipiente que los contiene. Esta presión se llama presión hidrostática.

Los gases, por el contrario, constan de partículas en movimiento bien separadas que chocan unas con otras y tratan de dispersarse, de tal modo que los gases no tienen forma ni volumen definido. Y así adquieren la forma el recipiente que los contenga y tienden a ocupar el mayor volumen posible (son muy expandibles).

Los gases son compresibles; es decir, su volumen disminuye cuando sobre ellos se aplican fuerzas. Por ejemplo, cuando se ejerce fuerza sobre el émbolo de una jeringa.

Hidrostática.

La diferencia entre peso específico y densidad es que la densidad es la misma en cualquier lugar del universo. La cantidad de moléculas por volumen (cm³, m³, etc) de un objeto no cambia.

En cambio el peso de un cuerpo depende del lugar. En la Luna debido a que la gravedad es más débil los objetos pesan menos y su peso específico es menor que en La Tierra. En el espacio exterior los objetos no pesan nada y su peso específico sería CERO (0). Pero la densidad de un objeto es la misma en la Luna, en la Tierra o en donde sea.

La densidad relativa S de una sustancia es la relación entre su peso y el peso de un volumen igual de agua en condiciones normales. Es la relación entre su densidad o peso específico y la del agua.

Hidrostática. FUERZA, ESFUERZO Y PRESIÓN DE PUNTO.

La presión se define como fuerza por unidad de área. Para describir la influencia sobre el comportamiento de un fluido, usualmente es más conveniente usar la presión que la fuerza. La unidad de presión del sistema internacional de unidades es el Pascal (Pa), el cual es un Newton por metro cuadrado. También dependiendo del sistema de unidades conseguimos milímetros de mercurio (mmHg), en atmosfera (Atm), libras fuerza por pulgadas cuadrada (PSI) y otras.

Aplicaciones de algunas presiones:
• Presión Atmosférica: Una atmosfera es la presión que sentimos debido a la existencia de la atmosfera al nivel del mar, es el peso del aire que nos rodea.
• Presión Sanguínea: El corazón ejerce presión para poder bombear la sangre. Las paredes del corazon se contraen y empujan la sangre, esa presión es la que se mide en el brazo, la condición ideal es de alrededor 12 cm de mercurio (120 mmHg). La mínima es de alrededor de 8 cm de mg.
• Neumáticos de los automóviles Se inflan a una presión de 206 842 Pa, lo que equivale a 30 PSI (utilizando el psi como unidad de presión relativa a la presión atmosférica). Esto se hace para que los neumáticos tengan elasticidad ante fuertes golpes (muy frecuentes al ir en el automóvil). El aire queda encerrado a mayor presión que la atmosférica dentro de las cámaras.

Hidrostática. PRESIÓN MANOMÉTRICA Y PRESIÓN ABSOLUTA.

La presión puede expresarse con respecto a cualquier nivel de referencia. Los niveles de referencia más usuales son el cero absoluto y la presión atmosférica local. Cuando la presión se expresa como una diferencia entre su valor y un vacío completo se conoce como presión absoluta. Cuando se expresa como la diferencia entre su valor y la presión atmosférica local se conoce como presión manométrica

Hidrostática. PRESIÓN MANOMÉTRICA Y PRESIÓN ABSOLUTA.

Ejemplo 1. Calculo de la Presión.
El colchón de una cama de agua tiene 2,00 m de largo por 2,00 m de ancho y 30 cm de profundidad. Encuentra: a) El peso del agua en el colchón. b) La presión ejercida por el agua en el suelo. Suponga que toda la superficie inferior de la cama hace contacto con el

piso. Densidad del Agua: 1000 Kg/m3

Calculando el Volumen

Ejemplo 1. Calculo de la Presión.
El colchón de una cama de agua tiene 2,00 m de largo por 2,00 m de ancho y 30 cm de profundidad. Encuentra: a) El peso del agua en el colchón. b) La presión ejercida por el agua en el suelo. Suponga que toda la superficie inferior de la cama hace contacto con el

piso. Densidad del Agua: 1000 Kg/m3

FUENTE

Ing. Mec. José F. Sivira R.
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