Fluidos

a).- Fluido
La propiedad fundamental que caracteriza a los fluidos (líquidos y gases) es que carecen de rigidez y en consecuencia se deforman fácilmente. Por este motivo un fluido no tiene forma y diferentes porciones del mismo se pueden acomodar dentro del recipiente que lo contiene. En esto difieren de los sólidos, que en virtud de su rigidez tienen una forma definida, que sólo varía si seaplican fuerzas de considerable intensidad.
Sin embargo, la distinción entre sólidos y fluidos no es nítida, pues muchos materiales que se comportan como sólidos bajo ciertas circunstancias, en otras circunstancias se comportan como fluidos. Llamaremos sólido simple a un medio en el cual las posiciones relativas de sus elementos sufren cambios de pequeña magnitud cuando las fuerzas que actúan sobreél tienen cambios pequeños. Es decir: pequeñas fuerzas producen deformaciones pequeñas. Análogamente, llamaremos fluido simple a un medio en el cual las posiciones relativas de sus elementos sufren cambios no pequeños, aún cuando sean pequeños los cambios de las fuerzas que actúan sobre él. En otras palabras: fuerzas pequeñas dan lugar a deformaciones de gran magnitud.
Aquí conviene distinguirentre deformaciones con cambio de volumen pero sin cambio de forma (expansiones o contracciones puras) y deformaciones con cambio de forma pero sin cambio de volumen (distorsiones puras). En general, la deformación es una combinación de ambas.
Llamaremos fluido a una porción de materia incapaz de contrarrestar el efecto de fuerzas que producen deformaciones sin cambio de volumen. Esto no quieredecir que el fluido no opone resistencia a tales deformaciones, pero sí significa que esta resistencia tiende a cero cuando tiende a cero la rapidez con la cual se produce la deformación, independientemente de la magnitud de la deformación. En consecuencia, dicha resistencia limita la rapidez con la cual ocurre la deformación, pero no su magnitud.
Resumiendo, en un sólido la deformación tiende a cerosi la fuerza que la produce tiende a cero, mientras que en un fluido es la rapidez de la deformación la que tiende a cero cuando la fuerza tiende a cero.
b).- Viscosidad
Formulación matemática de la relación Esfuerzo de corte-velocidad.

Fig.1 Elemento de volumen de fluido, bajo esfuerzo de corte.
Sea el paralelepípedo mostrado en (Fig.) un elemento de fluido, que fluyehorizontalmente. El esfuerzo de corte “τ” en este elemento es F/A, donde A es el área de la sección horizontal. Asociado a ese esfuerzo está la deformación angular que sufre el elemento por cada unidad de tiempo, la que puede representarse por V/y, donde “y” es la distancia entre las placas. Esta cantidad se conoce como “gradiente de velocidad”. De acuerdo anuestra observación, establecemos que:

V: diferencia de velocidades entre placas de fluidos. y: separación entre placas de fluido
O bien, que el gradiente o variación de velocidad a lo largo del eje y (o distancia que separa a las caras) es proporcional al esfuerzo de corte aplicado. En formadiferencial:

Tal como vimos anteriormente, la velocidad con la que escurra el fluido no será la misma para diferentes sustancias. En lugar de ello, dependerá de las características físicas del fluido. En general, la relación entre el esfuerzo de corte y el gradiente de velocidades es de la forma:

Donde k y n son constantes que deben encontrarseexperimentalmente. El caso más sencillo ocurre cuando n es igual a 1 y “k”, pasa a denominarse viscosidad del fluido, es constante y representada por la letra µ. Luego, la ecuación queda

Los fluidos que cumplen con esta ecuación se denominan fluidos Newtonianos y la ecuación se conoce como Ley de Viscosidad de Newton.
Esfuerzo de corte y...