Mecanica de fluidos

Introducción
Los fluidos desempeñan un papel crucial en muchos aspectos de la vida cotidiana. Los bebemos, respiramos y nadamos en ellos; circulan por nuestro organismo y controlan el clima. Los aviones vuelan a través de ellos y los barcos flotan en ellos. Un fluido es cualquier sustancia que puede fluir; usamos el termino tanto para líquidos como para gases. Por lo regular, pensamos que losgases son fáciles de comprimir y que los liquidas son casi incompresibles, aunque hay casos excepcionales.
Densidad
Una propiedad de la materia es su densidad, que se defino como su masa por unidad de volumen. Un material homogéneo, como el hielo o el hierro, tiene la misma densidad en todas sus partes. Usamos la letra griega p(rho) para denotar la densidad. Si una masa m material homogéneo tieneun volumen V, la densidad p es:
La gravedad específica de un material es la razón entre su densidad y la del agua a 4.0°C, 1000 kg>m3; es un número puro, sin unidades. Por ejemplo, la gravedad específica del aluminio es 2.7. Aunque el término “gravedad específica” es inadecuado,
ya que nada tiene que ver con la gravedad; habría sido mejor utilizar el término “densidad relativa”.
La densidad dealgunos materiales varía de un punto a otro dentro del material. Un ejemplo es el material del cuerpo humano, que incluye grasa de baja densidad (940 kg>m3 aproximadamente) y huesos de elevada densidad (de 1700 a 2500 kg>m3). Otros dos ejemplos son la atmósfera terrestre (que es menos densa a mayores altitudes) y los océanos (que son más densos a mayores profundidades). Para estos materiales, laecuación (14.1) describe la densidad media.







Presión en un fluido

Cuando un fluido (ya sea líquido o gas) está en reposo, ejerce una fuerza perpendicular a cualquier superficie en contacto con él, como la pared de un recipiente o un cuerpo sumergido en el fluido. Ésta es la fuerza que sentimos en las piernas al meterlas en una piscina. Aunque el fluido considerado como un todoestá en reposo, las moléculas que lo componen están en movimiento; la fuerza ejercida por el fluido se debe a los choques de las moléculas con su entorno. Si imaginamos una superficie dentro del fluido, el fluido a cada lado de ella ejerce fuerzas iguales y opuestas sobre la superficie. (De otra forma, la superficie se aceleraría
y el fluido no permanecería en reposo.) Considere una superficiepequeña de área dA centrada en un punto en el fluido; la fuerza normal que el fluido ejerce sobre cada lado es dF' (figura 14.3). Definimos la presión r en ese punto como la fuerza normal por unidad de área, es decir, la razón entre dF' y dA.






La presión atmosférica pa es la presión de la atmósfera terrestre, es decir, la presión en el fondo de este “mar” de aire en que vivimos. Esta presiónvaría con el estado del tiempo y con la altitud. La presión atmosférica normal al nivel del mar (valor medio) es 1 atmósfera (atm), definida exactamente como 101,325 Pa. Con cuatro cifrassignificativas,5 1.013 bar 5 1013 milibares 5 14.70 lb/in2





Presión, profundidad y ley de Pascal
Si podemos despreciar el peso del fluido, la presión en un fluido es la misma en todo su volumen. Usamosesta aproximación al ver el esfuerzo y la deformación de volumen, pero muchas veces el peso del fluido no es despreciable. La presión atmosférica es menor a gran altitud que al nivel del mar, lo que obliga a presurizar la cabina de un avión que vuela a 35,000 pies. Al sumergirnos en agua profunda, los oídos nos indican que la presión aumenta rápidamente al aumentar la profundidad.

Medidores depresión
El medidor de presión más sencillo es el manómetro de tubo abierto (figura 14.9a). El tubo en forma de U contiene un líquido de densidad r, con frecuencia mercurio o agua. El extremo izquierdo del tubo se conecta al recipiente donde se medirá la presión p, y el extremo derecho está abierto a la atmósfera, con p0 5 patm. La presión en el fondo del tubo debida al fluido de la columna...