mecanica de fluidos

MECANICA DE FLUIDOS
Sergio Ramos Herrera
Universidad Juárez Autónoma de Tabasco
División Académica de Ciencias Biológicas
Actualizado el 4 de Enero de 2014

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“lo más desastroso es no querer y no poder”

Resumen del curso
Un fluido es una sustancia en fase líquida o gaseosa. Un fluido no tiene una forma
preferida y se deformacontinuamente, es decir, fluye con la acción de cualquier fuerza
cortante pequeña. Un fluido soporta tensiones que sólo tienden a comprimirlo (tensiones
causadas por la fuerza de presión). Los fluidos se dividen en dos clases: líquidos y gases.
Un gas siempre se expande y ocupa el volumen total de cualquier recipiente pero un
líquido no puede llenar completamente un recipiente grande, formandouna superficie
libre que separa el líquido de su vapor.
La mecánica de los fluidos es la ciencia que estudia el comportamiento de los fluidos en
reposo (estática de fluidos) o en movimiento (dinámica de fluidos), y la interacción de
estos con sólidos o con otros fluidos en sus fronteras. La mecánica de los fluidos se divide
en varias categorías. La ciencia que estudia el movimiento de losfluidos, que son
prácticamente incompresibles (líquidos, gases a bajas velocidades), se llama
hidrodinámica. Una subcategoría de esta es la hidráulica, que estudia los flujos de líquidos
en tubos y canales abiertos. La dinámica de gases trata flujos de gases a través de toberas
a altas velocidades. La aerodinámica estudia flujos de gases (en especial del aire) sobre
cuerpos como aviones, cohetesy automóviles a altas o bajas velocidades. Algunas otras
categorías como la meteorología, la oceanografía y la hidrología estudian los flujos que
ocurren en la naturaleza.
Agua y aire son los ejemplos típicos de fluidos. En líquidos las moléculas siempre están en
contacto íntimo pero en los gases las moléculas están separadas. Sin embargo se
considera al fluido como un medio continuo cuyomovimiento se describe por algunas
características básicas como la velocidad, la densidad, la compresibilidad, la viscosidad,
entre otras. Lo de medio continuo significa que cualquier volumen de fluido pequeño o

elemental es bastante grande y contiene muchas moléculas. Por eso, cuando hablamos de
un volumen de fluido infinitesimal siempre sobreentendemos que dicho volumen es muy
pequeño encomparación con el volumen del dominio total, pero es bastante grande en
comparación con las distancias entre las moléculas, esto es, contiene muchas moléculas.
Tres leyes forman la base del estudio de mecánica de fluidos. La primera es la
conservación de la masa: establece que la materia es indestructible. La segunda es la
conservación de la cantidad de movimiento: la cantidad de movimiento deun sistema
permanece constante si no hay fuerzas externas que actúen en él. La tercera ley
fundamental es la conservación de la energía, conocida también como primera ley de la
termodinámica. La energía total de un sistema aislado permanece constante. Si no está
aislado, su energía se incrementa solo si la energía de sus alrededores experimenta una
disminución correspondiente. La energíatotal se compone de energía potencial, cinética e
interna. Esta última es el contenido de energía a causa de la temperatura del sistema. En
mecánica de fluidos no se consideran otras formas de energía (eléctrica, magnética, etc.).
Ecuación de conservación de la masa
Forma integral de la ecuación

Forma diferencial de la ecuación

Dónde

El vector
se llama densidad del flujo de la masa. Sumagnitud es igual a la masa de
fluido que pasa en una unidad de tiempo a través de un área unitaria normal al vector de
velocidad . La ecuación de conservación de la masa se llama, sin ningún motivo, ecuación
de continuidad.
Un fluido incompresible existe si la densidad de cada partícula de fluido permanece
relativamente constante conforme se desplaza a través del campo del fluido, esto es,...