Cuba De Stokes

PATRONES DE FLUJO – CUBA DE STOKES

I. INTRODUCCION
Un cuerpo en movimiento inmerso en un fluido experimenta fuerzas ocasionadas por la acción del fluida. El efecto total de estas fuerzas es muy complejo. Sin embargo, para propósitos de diseño o estudio del comportamiento de un cuerpo en un fluido, son dos las fuerzas resultantes de mayor importancia: el arrastre y la sustentación. Lasfuerzas de arrastre y sustentación son iguales, sin que importe si es el cuerpo el que e mueve en el fluido o el fluido el que se mueve alrededor del cuerpo.
Arrastre es la fuerza sobre un cuerpo ocasionada por el fluido que opone resistencia en la dirección del movimiento del cuerpo. Las aplicaciones más familiares que requieren el estudio del arrastre se dan en el campo del transporte. Laresistencia al viento es el término que emplea con frecuencia para describir los efectos del arrastre sobre las aeronaves, automóviles, camiones y trenes. La fuerza de arrastre debe contrarrestarse por medio de una fuerza de propulsión en la dirección opuesta, con el fin de mantener o incrementar la velocidad del vehiculo. Como la generación de un fuerza de propulsión requieres que e agregue energía, esdeseable minimizar el arrastre
Sustentación es una fuerza ocasionada por el fluido en dirección perpendicular a la dirección del movimiento del cuerpo. Su aplicación mas importante esta en el diseño y análisis de alas de aeronaves llamadas aeroplanos. La geometría de un aeroplano es tal que se produce una fuerza de sustentación cuado el aire pasa sobre y bajo el. Por supuesto, la magnitud de lasustentación debe ser al menos igual al peso de al aeronave para que vuele.
La hidrodinámica es el nombre que se da al estudio de los cuerpos que se mueven sumergidos en líquidos, en particular en agua. Muchos conceptos que conciernen a la sustentación y el arrastre son similares, sin que importe que el fluido sea un líquido o un gas. Sin embargo, a velocidades altas esto no es cierto, pues en estecaso deben tenerse en cuenta los efectos de la compresibilidad del fluido en el estudio del arrastre y la sustentación, los líquidos son considerados incompresibles.

II. OBJETIVOS

➢ Observar las líneas de corriente de flujo y la resistencia al avance.
➢ Observar el tipo de flujo que describen las líneas de corriente al colocar figuras sólidas (esféricas o aerodinámicas).
➢Calcular el arrastre que ejerce el líquido con el cuerpo sumergido.

III. FUNDAMENTO TEÓRICO
Permite un estudio completo de los problemas bidimensionales asociados con el flujo laminar, mediante la visualización de los distintos modelos de flujo que se pueden observar con la ayuda de un sistema de inyección de líquido colorante así como también el flujo alrededor de un objeto.

Fuerza dearrastre
La fuerza de arrastre es la fuerza que resulta de la interacción de un flujo y un objeto, que esta en la dirección del flujo es decir es aquella fuerza sobre un cuerpo provocado por un fluido que resiste el movimiento en la dirección del recorrido del cuerpo Consideremos el caso de un cuerpo liso con dos planos de simetría, por ejemplo una esfera, inmerso en un flujo incompresible. Sirealizamos experimentos para medir la fuerza de arrastre sobre este objeto encontraremos que FD depende del tamaño del objeto L, de las propiedades del fluido, µ y ρ, y obviamente de la velocidad del flujo, V.

Arrastre debido a rozamiento
El arrastre sobre un cuerpo es la combinación de esfuerzos viscosos de corte y esfuerzos normales que el flujo ejerce sobre el cuerpo. En general ambos efectosestán presentes, pero para algunas configuraciones o regimenes de flujo, uno de estos tipos de esfuerzo puede dominar con respecto al otro. Consideremos el caso del flujo sobre una placa plana horizontal. Si no existe gradiente de presión (placa horizontal), entonces la fuerza de arrastre esta dada por:

Arrastre debido a diferencia de presiones
Consideremos ahora el flujo alrededor de una...