Fluidos

Capítulo 7. Mecánica de los Fluidos
7.1 Conceptos Básicos
Densidad de un Fluido
Un fluido es cualquier sustancia capaz de fluir, de chorrear, de derramarse, de adaptarse a la forma del
recipiente que la contiene. Usualmente comprende líquidos y gases. Los sólidos no fluyen, pero existen
algunos semi-sólidos como las resinas que pueden fluir, pero muy lentamente. En lo que sigue este tipo
desólidos no se consideran.
Si m es la masa de un cuerpo o de una porción cualquiera de sustancia y V es el volumen que ocupa, la
densidad absoluta ρ del cuerpo se define por la relación
ρ=

m
V

En lo que sigue se consideran los fluidos como homogéneos. Significa que su densidad (y también su
composición) tiene el mismo valor en todos los puntos.
Los líquidos y los gases se diferencianen que los gases son apreciablemente compresibles, y su densidad depende apreciablemente de la temperatura y la presión; es decir, ρ = ρ(T, p). Los líquidos, por su
parte, dependen muy poco de T y de p, y son prácticamente incompresibles. Por tanto, en lo que sigue
supondremos que para los líquidos la densidad se mantiene constante, siempre que no se especifique lo
contrario. En la tablasiguiente aparecen algunos valores típicos de la densidad en sólidos y líquidos.
Sustancia

ρ (g/cm3)

etanol

0.81

agua destilada

1.00

agua de mar

1.03

mercurio (Hg)

13.6

hielo

0.92

hierro

7.6

oro

19.3

corcho

0.24

La flotabilidad de un cuerpo está asociada a su densidad. El hierro flota en el mercurio; no así el oro, etc.
Presión
Considere unasuperficie S cualquiera, de área A, sobre la cual actúan componentes Fi en dirección perpendicular. La presión promedio actuando sobre
la superficie S se define por la expresión:
Fi
pm =
A
La presión en un punto se define tomando el límite para una porción ΔA que
tiende a cero:

Fi

∑

A. González Arias, Dpto. Física Aplicada, UH.

arnaldo@fisica.uh.cu

patm

Cap.7, pag. 1

p=lim

Fi

ΔA → 0

ΔA

Unidades
p] = [F]/[S] = N/m2 = Pascal (Pa)
Principio de Pascal
El principio de Pascal es producto de la evidencia experimental. Fue enunciado en el siglo XVII, y dice lo
siguiente:
La presión aplicada a cualquier región de un fluido se transmite íntegramente a todos los puntos del mismo y a las
paredes del recipiente que lo contiene.

Blaise Pascal (1623-1662),filósofo, matemático y físico francés. En 1642 inventó la
primera máquina de calcular mecánica. En 1648, demostró experimentalmente que
el nivel de la columna de mercurio de un barómetro lo determina el aumento o disminución de la presión atmosférica circundante.
Junto con el matemático francés Pierre de Fermat, formuló la teoría matemática de la
probabilidad, que ha llegado a ser de granimportancia en estadísticas financieras,
matemáticas y sociales, así como un elemento fundamental en los cálculos de la física teórica moderna.

A modo de ejemplo considere el émbolo de una jeringuilla de
inyecciones a la que se la tapa la salida del líquido. Si F es la
fuerza aplicada sobre el pistón de sección transversal S, entonces
p = F/S .

S
F

F‘

ΔA

Esa presión se transmite atodos los puntos donde el fluido está en contacto. Para cada segmento de
área ΔA habrá una componente perpendicular actuando, de valor F ’ = pΔA.

Prensa hidráulica
Su funcionamiento se basa en el principio de Pascal. Un esquema de su funcionamiento aparece en la
figura siguiente.
Si p es la presión sobre el líquido, supuesto incompresible, como la presión es la misma en todos los
puntos; p1= p2.
Por tanto:

F1
A1

=

F2

, y agrupando términos:

A2

F1
F2

=

A1
A2

Si A1 >> A2 como se ve en la figura, entonces F1 >> F2 .
Note que el principio de conservación de la energía no se infringe. El trabajo realizado es el mismo en
ambos casos: F1Δx1 = F2Δx2 , donde Δx es lo que avanza cada pistón. En la práctica, los sistemas de
presión tienen válvulas que...