Tarea

"NADA ES, TODO FLUYE", afirmó el filósofo griego Heráclito en el siglo V antes de nuestra era... y tenía razón. Si pudiéramos observar las rocas sólidas en el interior de la Tierra, el concreto y el acero de las construcciones o el vidrio de los vitrales de una catedral antigua, durante las escalas de tiempo apropiadas, es decir, durante intervalos de tiempo muy grandes, podríamos comprobar queefectivamente todo puede fluir. Entender de manera precisa qué significa y cómo se produce el fenómeno del flujo de la materia tiene gran importancia tanto desde el punto de vista científico fundamental como del práctico. Por ejemplo, el ingeniero en aeronáutica necesita saber cómo fluye el aire alrededor del ala de un avión o el aceite lubricante en el motor. Un ingeniero civil debe poder predecircómo se moverá el suelo sobre el que se asientan los cimientos de una construcción debido al peso de la misma y un químico que sintetiza plásticos necesita saber si sus materiales tienen las características apropiadas para poder moldearlos y darles una forma determinada. Estos son sólo algunos ejemplos de los numerosos y diversos problemas prácticos en donde interviene el fenómeno del flujo de unmaterial. De hecho este fenómeno está virtualmente presente en casi todos los aspectos tecnológicos actuales en los que, de una forma o de otra, algo fluye o se deforma.

Aunque todos tenemos una idea intuitiva de lo que significa que un material cualquiera fluya, para definir de manera más precisa lo que es el flujo señalaremos primero que este fenómeno está íntimamente relacionado con otro,el de la deformación. Llamaremos deformación al movimiento de una parte de un cuerpo con respecto a otras partes del mismo y que, como consecuencia, produce un cambio en su forma o tamaño. En otras palabras, una deformación cambia la distancia que existe entre los diferentes puntos de un cuerpo, o más específicamente, resulta del desplazamiento de las partículas (moléculas, átomos o iones) de lasque está compuesto el material, las cuales, bajo la acción de fuerzas externas, se desplazan ligeramente de sus posiciones originales. En nuestra experiencia diaria, continuamente nos topamos con deformaciones de materiales. Así, el agua de un río que fluye se deforma; una liga o banda elástica que se estira o una cuerda de violín que se pulsa también se deforman. En general, los cuerpos sedeforman cuando sobre ellos actúa un esfuerzo, el cual representa la fuerza por unidad de área que se produce en un material debida a la acción de una fuerza interna o externa que actúa sobre el sistema. El origen de estos esfuerzos puede ser muy diverso; por ejemplo, el calentamiento no uniforme de un material produce una distribución de esfuerzos dentro del mismo, o la deformación misma de un cuerpogenera otros esfuerzos. Sin embargo, aunque las causas que los produzcan sean variadas, los esfuerzos se pueden clasificar en dos grandes grupos: normales y de corte (cortantes). Si los esfuerzos resultan de aplicar fuerzas perpendiculares a la unidad de área del material se llaman normales, y dependiendo del sentido de esta fuerza respecto a la superficie, a su vez se clasifican en tensiles o decompresión (Figura 1). Si en cualquier punto de un material los esfuerzos son normales y de compresión, como ocurre en el caso de un objeto en reposo y totalmente sumergido en un fluido, a este esfuerzo se le llama presión hidrostática o simplemente presión, la cual es un ejemplo de esfuerzo intuitivo y familiar para todos.





Figura 1. Elongación producida en una muestra de material porun esfuerzo tensil normal.

Por otra parte, los esfuerzos de corte resultan de aplicar fuerzas paralelas y contenidas en el plano de la unidad de área de material. En una barra sólida estos esfuerzos se producen al torcer la barra alrededor de su eje longitudinal, como si se apretara un tornillo (Figura 2). En cambio, en un fluido los esfuerzos de corte se producen, por ejemplo, al deslizar...