hola

EU
AT
I-

Cap´
ıtulo 1

1.1.

IC

AD

AI

Est´tica de fluidos
a

Introducci´n
o

1.1.1.

CA
A

PL

Los temas 1 y 2 tienen por objeto, respectivamente, el estudio del comportamiento est´tico y din´mico de los fluidos, que colectivamente se conoce como
a
a
Mec´nica de Fluidos. Las aplicaciones de la Mec´nica de Fluidos en el ´mbito
a
a
a
de la construcci´n son muyvariadas. Por ejemplo: redes de tuber´ para el
o
ıas
agua o el gas, embalses (de l´
ıquidos e incluso de tierras), piscinas, etc.

S´lidos, l´
o
ıquidos, gases

TO
.F
ISI

La materia suele presentarse en uno de los siguientes tres estados, llamados
estados de agregaci´n: s´lido, l´quido y gaseoso. Las propiedades f´
o
o
ı
ısicas que
presenta la materia en estos estados est´nestrechamente ligadas a la intensidad
a
de las interacciones entre las part´
ıculas (´tomos o mol´culas) que constituyen
a
e
la materia. As´ tenemos que:
ı,
s´lido
o

En un l´quido, la interacci´n entre las part´
ı
o
ıculas es m´s d´bil que la
a e
existente en los s´lidos, por lo que ´stas no ocupan posiciones fijas en
o
e
una red sino que tienen cierta libertad para moverse. Enconsecuencia,
los l´
ıquidos carecen de forma propia, adoptando la del recipiente que los
contiene. Sin embargo, como los s´lidos, tienen volumen propio y son
o
poco compresibles y dilatables.

l´
ıquido

En un gas, por ultimo, la interacci´n entre las part´
´
o
ıculas es muy d´bil
e
y puede ignorase habitualmente. Este hecho se traduce en que los gases

gas

DP

En un s´lido, lainteracci´n entre las part´
o
o
ıculas es tan fuerte que ´stas
e
ocupan posiciones fijas en un ret´
ıculo tridimensional (red cristalina) y
s´lo est´n permitidos movimientos oscilatorios de peque˜ a amplitud en
o
a
n
torno a sus posiciones de equilibrio. Consecuencia de ello es que los s´lio
dos tienen forma y volumen propios, siendo ´ste ultimo pr´cticamente
e
´
a
invariablefrente a cambios de presi´n (incompresible) y de temperatura
o
(no dilatable).

3

Est´tica de fluidos
a

EU
AT

4

carecen de forma y volumen propios (tienden a ocupar todo el volumen
disponible) y se comprimen y dilatan con facilidad. A temperatura ambiente y presi´n atmosf´rica, los gases son t´
o
e
ıpicamente 1000 veces menos
densos que los s´lidos y los l´
o
ıquidos.

→dFn

→

AD

dF

A los gases y a los l´
ıquidos se les denomina gen´ricamente fluidos. Sin embare
go, la clasificaci´n precisa de una substancia como fluido se efect´ a en funci´n
o
u
o
de su respuesta a la aplicaci´n de un esfuerzo cortante.
o
Supongamos que sobre una substancia se aplica una fuerza distribuida sobre
una cierta superficie. Sea dF la fuerza que se ejerce sobre un ´reainfinitesimal
a
da. Dicha fuerza puede descomponerse en una componente normal, dFn , y otra
tangencial, dFt (fig. 1.1). Se denomina esfuerzo 1 a la fuerza que act´ a por
u
unidad de ´rea:
a
dF
τ=
.
(1.1)
da

AI

fluidos

FIGURA 1.1: Componentes normal y
tangencial de una fuerza.

El esfuerzo normal y el esfuerzo cortante son, respectivamente, las componentes
normales ytangenciales del vector esfuerzo:

IC

→

dFt

PL

da

y
→

V

tc

→

tc

0
(a)

(b)

(1.2)
(1.3)

En este contexto, una substancia se clasifica como fluido si se pone en movimiento, deform´ndose, bajo la acci´n de un esfuerzo cortante, sin importar
a
o
cu´n peque˜o sea ´ste, y contin´a deform´ndose hasta que cesa el esfuerzo
a
n
e
u
a
cortante.
El comportamiento de losfluidos frente a un esfuerzo cortante es, por tanto,
completamente distinto al que presentan los s´lidos. Un s´lido, como el que se
o
o
muestra en la fig. 1.2a, puede resistir un esfuerzo cortante mediante una deformaci´n est´tica, de magnitud ∆x, proporcional al esfuerzo cortante aplicado,
o
a
siendo
∆x
τc ∝
.
(1.4)
h

DP

TO
.F
ISI

FIGURA 1.2: Comportamiento de un
s´lido...