Nociones de mecanica de fluidos

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Cap. 10. Mecánica de fluidos.

CAPITULO 10. NOCIONES DE MECANICA DE FLUIDOS.

10.1 ESTRUCTURA DE LA MATERIA. En Griego, átomo significa indivisible, por eso esta palabra fue adoptado por los físicos para aplicarla a la partícula más pequeña y fundamental. Pero ahora se sabe que los elementos químicos están formados por partículas elementales más pequeñas que son los electrones, protones yneutrones, que en conjunto constituyen el átomo. Los átomos de la materia común, que tienen un diámetro del orden de 10-10 m, se componen de un núcleo pesado, de diámetro del orden de 10-15 m, que contiene protones cargados positivamente y neutrones sin carga, que esta normalmente rodeado por uno o varios electrones livianos cargados negativamente. La función de los neutrones es actuar como‘pegamento’ para mantener unidos los protones en el núcleo, si los neutrones no estuvieran presente, la fuerza repulsiva entre las partículas cargadas positivamente desintegraría al núcleo. La masa del protón, 1.67x10-27 kg, que se define como la unidad de masa atómica u, y su carga, 1.6x10-19 Coulomb, se usan como unidad. El átomo mas simple es el hidrógeno neutro, su modelo clásico se muestra en la figura10.1a, su núcleo tiene un protón y se dice que tiene número de masa 1 y carga eléctrica +1. Alrededor del núcleo del átomo de hidrógeno neutro, orbita un electrón, que tiene carga igual a –1, una masa de 9.1x10-31 kg, igual a u/1840, con un radio de la órbita de 0.5x10-10 m.

Figura 10.1a

Figura 10.1b

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Cap. 10. Mecánica de fluidos.

La materia común, como el aire o agua, secompone de moléculas que son eléctricamente neutras. Una molécula puede tener un solo átomo o bien puede ser la unión de dos o más átomos. Existen moléculas compuestas de cientos, miles, incluso millones de átomos. En la figura 10.1b se muestra un esquema de una molécula de agua. ¿Pero termina aquí la división? Se ha descubierto que existen partículas más pequeñas aún, llamadas quarks, formadas por seisvariedades diferentes de otras partículas bautizadas con nombres exóticos: arriba, abajo, extraño, encanto, belleza y superior. Pero la materia no es continua, ya que entre cada par de partículas hay un enorme espacio vacío. Aún así ¡las distancias en la frontera de la Física nuclear son sorprendentemente cortas! En el otro extremo, las distancias en el Universo son súperrequetecontrahipergrandes. Los extremos de la Física los podemos resumir en los tres infinitos, que se ilustran en la figura 10.2.

Figura 10.2 Los tres infinitos

Además ¿por qué habrían de existir únicamente partículas livianas con carga negativa y partículas pesadas con carga positiva? Cuando se resuelven las ecuaciones de la mecánica cuántica, generalmente se encuentran dos solucio272

Cap. 10. Mecánica defluidos.

nes simétricas, una da los resultados del comportamiento de la materia, pero no hay ninguna razón para descartar la otra solución, por lo tanto se propuso que describía el comportamiento de la antimateria, que no se conocía. De acuerdo a las leyes de la física, en el principio todo era simétrico: materia y antimateria estaban presente en el Universo en partes iguales. Se busco laexistencia de esta antimateria hasta que se descubrieron las antipartículas elementales: antielectrón o positrón, antiprotón, antineutrón, antiquarks, etc, que tienen la misma masa que las partículas elementales, pero cargas opuestas.

10.1.1 Estados de la materia. La materia generalmente se clasifica de acuerdo con algunos de los cuatro estados en que se encuentra, sólido, líquido, gaseoso y plasma. Unsólido tiene forma y volumen definidos. Un líquido tiene un volumen definido pero no una forma definida. Un gas no tiene ni volumen ni forma definidos. Para cualquier sustancia, el estado líquido existe a una temperatura mayor que la del estado sólido, tiene mayor agitación térmica y las fuerzas moleculares no son suficientes para mantener a las moléculas en posiciones fijas y se pueden mover...
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