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MECÁNICA DE FLUIDOS

METAS DE
APRENDIZAJE
Al estudiar este capítulo,
usted aprenderá:

14.1 Dos objetos con masas y volúmenes
diferentes, pero con igual densidad.
Diferente masa, igual
densidad: la llave y el clavo
están hechos de acero, de
manera que tienen igual
densidad (masa por unidad
de volumen).

Llave
de acero

Clavode acero

.b

L

ib

ro

sx

os fluidos desempeñan un papel crucial en muchos aspectos de la vida cotidiana. Los bebemos, respiramos y nadamos en ellos; circulan por nuestro organismo y controlan el clima. Los aviones vuelan a través de ellos y los
barcos flotan en ellos. Un fluido es cualquier sustancia que puede fluir; usamos el
término tanto para líquidos como para gases. Por loregular, pensamos que los gases son fáciles de comprimir y que los líquidos son casi incompresibles, aunque hay
casos excepcionales.
Comenzaremos nuestro estudio con la estática de fluidos, es decir, el estudio de
fluidos en reposo en situaciones de equilibrio. Al igual que otras situaciones de equilibrio, ésta se basa en la primera y la tercera leyes de Newton. Exploraremos los conceptos clave dedensidad, presión y flotación. La dinámica de fluidos —es decir, el
estudio de fluidos en movimiento— es mucho más compleja; de hecho, es una de las
ramas más complejas de la mecánica. Por fortuna, podemos analizar muchas situaciones importantes usando modelos idealizados sencillos y los principios que ya conocemos, como las leyes de Newton y la conservación de la energía. Aun así, apenas sirozaremos la superficie de este tema tan amplio e interesante.

ww
w.
L

• Cómo utilizar la ecuación de
Bernoulli para relacionar la presión
y la rapidez de flujo en diferentes
puntos en ciertos tipos de fluidos.

lo
g

• La importancia de un flujo laminar
contra un flujo de fluido turbulento,
y cómo la rapidez del flujo en un
tubo depende del tamaño de éste.

.co

• Cómo calcular lafuerza de
flotación que ejerce un fluido
sobre un cuerpo sumergido
en ella.

ot

• Qué se entiende por presión en
un fluido y cómo se mide.

sp

• El significado de la densidad de
un material y la densidad media
de un cuerpo.

m

?

Este tiburón debe
nadar constantemente
para no hundirse en
el fondo del océano;
sin embargo, los peces
tropicales anaranjados
puedenpermanecer en
el mismo nivel del agua
con poco esfuerzo.
¿Por qué existe esta
diferencia?

14.1 Densidad
Una propiedad importante de cualquier material es su densidad, que se define como
su masa por unidad de volumen. Un material homogéneo, como el hielo o el hierro,
tiene la misma densidad en todas sus partes. Usamos la letra griega r (rho) para denotar la densidad. Si una masa m de materialhomogéneo tiene un volumen V, la densidad r es
r5

m
V

(definición de densidad)

(14.1)

Dos objetos hechos del mismo material tienen igual densidad aunque tengan masas y
volúmenes diferentes. Eso se debe a que la razón entre masa y volumen es la misma
para ambos objetos (figura 14.1).

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14.1 Densidad

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Tabla 14.1 Densidades dealgunas sustancias comunes
Material
Aire (1 atm, 20°C)
Etanol

Densidad (kg>m3)*

Densidad (kg>m3)*

Material
Hierro, acero

7.8 3 103

3

Latón

8.6 3 103

3

1.20
0.81 3 10

Benceno

0.90 3 10

Cobre

8.9 3 103

Hielo

0.92 3 103

Plata

10.5 3 103

Agua

1.00 3 103

Plomo

11.3 3 103

Agua de mar

1.03 3 103

Mercurio

13.6 3 103

Sangre1.06 3 103

Glicerina
Concreto
Aluminio

Oro

19.3 3 103

3

Platino

21.4 3 103

3

Estrella enana blanca

3

Estrella de neutrones

1.26 3 10
2 3 10
2.7 3 10

1010
1018
3

*Para obtener las densidades en gramos por centímetro cúbico, divida entre 10 .

La unidad de densidad en el SI es el kilogramo por metro cúbico (1 kg>m3). También se usa mucho la unidad...