fisica fluidos

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Los globos aerostáticos
usan aire caliente, que es
menos denso que el aire
que lo rodea, para crear
una fuerza de flotación. De
acuerdo con el principio de
Arquímedes, la fuerza de
flotación es igual al peso
del aire desplazado por el
globo. (Foto por Paul E.Tippens.)

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Capítulo 15

Fluidos

Objetivos
Cuando term ine de estudiar este capítulo e! alumno:
1.

Definirá y aplicará los conceptos de presión de fluidos y em puje vertical hacia
arriba (fuerza de flotación) para resolver problem as físicos sim ilares a los que
se presentan como ejem plos en el texto.

2 . Escribirá e ilustrará con dibujos los cuatro principios básicosde la presión de
fluidos com o se resumen en la sección 15.3 para dem ostrar que los ha com ­
prendido.

3 . Definirá presión absoluta, presión manométrica y presión atm osférica, y dem os­
trará mediante ejem plos su comprensión de la relación entre estos términos.

4 . Escribirá y aplicará fórm ulas para calcular la ventaja m ecánica de una prensa
hidráulica en térm inos de las fuerzas ode las áreas de entrada y de salida.

5 . Definirá la razón de flujo (gasto) de un fluido y resolverá problem as que rela­
cionen la razón de flujo con la velocidad y el área transversal.
6.

Escribirá la ecuación de Bernoulli en su forma general y describirá la ecuación
cuando se aplica a (a) un fluido en reposo, (b) un flujo de fluido a presión cons­
tante y (c) el flujo a través de untubo horizontal.

7 . Aplicará la ecuación de Bernoulli para resolver problem as que incluyan presión
absoluta P, densidad p, elevación del fluido h, y velocidad de flujo v.
Los líquidos y los gases se conocen como fluidos porque fluyen libremente y tienden a lle­
nar los recipientes que los contienen. En este capítulo aprenderemos que los fluidos ejercen
fuerzas sobre las paredes de losrecipientes donde están contenidos. Esas fuerzas actúan sobre
áreas definidas y originan una condición de presión. En la prensa hidráulica se utiliza la pre­
sión del fluido para elevar cargas pesadas. La estructura de los depósitos de agua, las presas
y los grandes tanques de aceite se diseñan, en gran parte, tomando en cuenta la presión. En el
diseño de barcos, submarinos y globosmeteorológicos se debe tomar en cuenta la presión y la
densidad del fluido circundante. Estudiaremos también los aspectos fundamentales del flujo
de fluidos y las leyes de Bernoulli que gobiernan dicho movimiento.

Densidad
Antes de estudiar la estática y la dinámica de fluidos, es importante entender la relación entre
la masa de un cuerpo y su volumen. Podría decirse que un bloque de plomo es más pesadoque un bloque de madera. Lo que en realidad queremos expresar es que un bloque de plomo es
más pesado que un bloque de madera de tamaño similar. Los términos ligero y pesado son de
carácter comparativo. Como se ilustra en la figura 15.1, un bloque de plomo de 1 cm3tiene una
masa de 11.3 g, mientras que un bloque de roble de 1 cm3 tiene una masa de sólo 0.81 g. El
volumen de la madera debe ser14 veces el volumen del plomo si éstos tienen la misma masa.
La densidad o masa específica p de un cuerpo se define como la relación de su masa m
con respecto a su volumen V.
m

P = ~

m = pV

( 15. 1)

La unidad del SI para la densidad es kilogramos por metro cúbico (kg/m 3). Por tanto, si un
objeto tiene una masa de 4 kg y un volumen de 0.002 m3, tiene una densidad de 2000 kg/m 3.Cuando trabajamos con volúmenes pequeños la densidad se expresa en gramos por centíme­
tro cúbico (g/cm 3).
Aun cuando no se recomienda el uso de unidades del SUEU, las unidades más viejas
se siguen usando en Estados Unidos, por lo que es conveniente mencionar cuando menos el
concepto de peso específico D. El peso específico se usa con frecuencia para las unidades más
viejas de peso (Ib) y...