Fluidos

Tema: Fluidos
Eje temático: Física. Mecánica - Fluidos
Contenido: Leyes de Bernoulli; Roce y velocidad límite; Presión
sanguínea.

Hidrodinámica
En este capítulo estudiaremos lo que sucede cuando los fluidos se mueven
en relación a un conducto y cuando un objeto se mueve en relación a ellos.
El personaje central de esta apasionante historia es Daniel Bernoulli, cuyo
perfil podemos ver enel recuadro de la figura 80.

Las leyes de Bernoulli
A continuación se propone una serie de observaciones y experimentos
simples de realizar.
a) Al soplar por encima de una hoja de papel dispuesto horizontalmente
bajo la boca, como se indica en la figura 81, el papel se levanta. Una
variante de este experimento consiste en soplar por el espacio que hay
entre dos globos ligeramenteseparados. Como lo indica la figura 82, los
globos se juntan.

b) Si se sopla por una pajilla doblada sobre una abertura de modo que
funcione como atomizador, tal como se ilustra en la figura 83, el agua
asciende por la pajilla vertical inmersa en ella.

c) Si se afirma con un dedo una pelota de pimpón en un embudo
(preferiblemente transparente) y justo cuando soples fuertemente por el
vástagodel embudo se saca el dedo, la pelotita, en vez de caer, se
mantiene dentro del embudo, como muestra la figura 84.

d) Con un secador de pelo se puede mantener flotando en el aire una
pelotita de pimpón del modo que se ilustra en la figura 85. Cuando la pelota
está en equilibrio, al mover el chorro de aire de un lado a otro, la pelota
sigue al chorro y continúa en equilibrio. Si se inclinaun poco el chorro de
aire, constatarás que tampoco cae.

e) Cuando uno camina por la orilla de una carretera y pasa un bus o un
camión muy grande y muy rápido, ¿qué se siente? Una fuerza empujará
hacia la carretera y uno puede caer sobre ella, especialmente si se va en
bicicleta.

f) Al acercar una pelota que cuelga de un hilo al chorro de agua que sale de
una llave se observa que lapelota puede mantenerse en equilibrio en la
posición que se indica en la figura 86; es decir, parece que el flujo de agua
y la pelota se atraen.

Todas estas situaciones tienen algo en común: fluidos en rápido
movimiento. ¿Qué ocurre con la velocidad de un fluido que se mueve por un
tubo en que cambia su sección, por ejemplo, al pasar de una cañería gruesa
a otra más delgada?

La figura 87ilustra bien esta idea. Si presionamos de igual manera el pistón
de dos jeringas idénticas, una sin aguja y otra con aguja, podremos
apreciar que el líquido sale mucho más veloz en el segundo caso; es decir,
cuando la sección del conducto es menor. En realidad, la rapidez v con que
se mueve el fluido es inversamente proporcional a la sección A de la
cañería. Ello ocurre igual con el agua quefluye por un río o canal, que se
mueve más rápido en los lugares en que éste es más angosto o menos
profundo. Este fue el primer descubrimiento de Bernoulli, el cual puede
expresarse diciendo que:
V · A = constante [7]
Supongamos que un flujo de agua viaja con una rapidez de 50 cm/s por una
cañería de sección 6 cm2, según se indica en la figura 88. Si la cañería se
hace más angosta, de modoque su sección se reduce a 2 cm2, ¿con qué
rapidez se moverá en esta zona?

Aplicando la relación [7] tenemos que:
V · (2 cm2) = (50 cm/s) · (6 cm2),
de donde se tiene que:
v = 150 cm/s
¿Cuántos litros de agua atraviesan la sección de la cañería en cada zona
durante un cierto tiempo, por ejemplo en 10 segundos? En la zona más
gruesa el volumen de agua que cruzará la sección será:
500 cm· 6 cm = 3.000 cm3 = 3 litros.
En la zona más delgada será:
1.500 cm · 2 cm = 3.000 cm3 = 3 litros.
Como se ve, el volumen de agua que atraviesa ambas secciones es el
mismo, lo cual es lógico, pues en otro caso significaría que cierta cantidad
de agua se está perdiendo o está surgiendo de la nada.
Otra manera de visualizar esto es considerando un tubo como el de la figura
89, con dos...