Fluidos

UNIDAD II FLUIDOS
2.1. Hidrostática: Fuerza y presión. Principio de Pascal. Teorema fundamental de la hidrostática. Presión atmosférica. Unidades. Principio de Arquímedes. 2.2. Hidrodinámica. Fluidos ideales. Caudal. Ecuación de continuidad para un líquido. Teorema de Bernoulli; condiciones de validez; aplicaciones. 2.3 Viscosidad. Resistencia hidrodinámica. Ley de Poiseuille. Resistenciashidrodinámicas en serie y en paralelo.

2.1. HIDROSTÁTICA
Desde el punto de vista de la física de los materiales, en el dominio microscópico, la materia presenta dos estados posibles, sólidos y fluidos. Si bien la diferencia entre ambos en algunos casos no es tan nítida (como ser el de algunos vidrios que se adelgazan con el tiempo por efecto gravitatorio, o de algunos líquidos viscoelásticos comola silicona), se los suele distinguir a través de sus propiedades. Los sólidos se caracterizan por tener forma y volumen definidos frente a fuerzas externas aplicadas, las cuales, en equilibrio o modificarles el estado cinético de los mismos, en forma proporcional a su masa. Los fluidos adoptan la forma del recipiente que los contiene, de acuerdo a la presión que soporten y la densidad que poseanen función de la temperatura. Deberá tenerse en cuenta la diferencia entre líquidos y gases en este aspecto. Los gases al ser despreciables sus fuerzas de cohesión, pueden cambiar su volumen en función de la presión y temperatura que soporten.

2.1.1 DENSIDAD Y PESO ESPECÍFICO
La densidad δ de un material homogéneo, se define como la cantidad de masa por unidad de volumen, mientras que el pesoespecífico ρ como el cociente entre su peso y su volumen, de acuerdo con:

δ =

m V

(1)

y

ρ=

P mg = = δ .g (2) V V

En la Tabla 1 y 2 del Apéndice I, se muestran valores de densidades y pesos específicos de materiales y las diversas unidades en que pueden expresarse. Ejemplo 1: Vamos a calcular la densidad de un cuerpo formado por dos cubos de un cm de lado adheridos en una de suscaras. Uno de ellos está hecho de Cobre, de densidad δCu = 8,6 Kg/dm3 y el otro de Plomo, de densidad δPb = 11,3 Kg/dm3. Solución: Al no ser un cuerpo homogéneo, la densidad media del mismo se calcula como el cociente de toda su masa, dividido por todo el volumen que esta ocupa. En ese sentido, la masa total será la suma de las masas de cada cubo por separado, es decir:

mCubo
por otra parte,de Cu

= δ Cu .VCubo. = 8,6.10 −3

g .1cm 3 = 8,6.10 −3 g = 8,6mg 3 cm

mCubo

de Pb

= δ Pb .VCubo. = 11,3.10 −3

g .1cm 3 = 11,3.10 −3 g = 11,3mg 3 cm

Luego, resulta evidente que la densidad media correspondiente, se calcula como:

δ Media =

19,9mg Kg = 9,95 3 3 2cm m

Este valor obtenido es una estimación de la distribución de masa que debería tener el cuerpo, si fuesehomogéneo en todo su volumen. Veremos más adelante, que gracias a este concepto, es posible conseguir que un barco flote en agua, a pesar de la diferencia de densidades que existe entre el metal del cual está construido (hierro o acero) y el agua. 1

Conviene aclarar además, que en fluidos, la densidad de los mismos depende de la presión y temperatura a la cual se encuentre, como se muestra enla siguiente figura

Fig.1 Grafico de densidad del agua En fluidos, tanto líquidos como gases, los valores de densidad dependen de la presión y temperatura que soporten, como se puede ver en el gráfico de densidad del agua y volumen de 1 gramo, a presión atmosférica normal y para un rango de temperaturas entre 0 y 10ºC.

2.1.1 FUERZA Y PRESIÓN.
Dado que los fluidos pueden deformarse, laformulación de Newton, en términos de fuerzas y aceleración no será apropiada para su estudio. Para analizar el comportamiento de los fluidos usaremos otras variables como: la densidad y la presión, en reemplazo de las anteriores. La presión es una magnitud escalar cuyo significado o definición converge a distintos conceptos según sea el estado de agregación de la materia que se esté considerando....