mecanica de fluidos

PARTE 2.

FLUIDOS

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PARTE 2. FLUIDOS
Los fluidos están caracterizados por su capacidad de fluir y por su
adaptación a la forma del recipiente que los contiene. De este modo
los gases y los líquidos pueden considerarse como fluidos. El
estudio aquí propuesto esta especialmente dirigido a los líquidos, si
bien algunos resultados son igualmente aplicables a los gases.
La diferenciaesencial entre un fluido y un sólido es que los
primeros no soportan fuerzas tangenciales
Existen innumerables ejemplos acerca de la importancia que los
fluidos juegan en la naturaleza en general y en los seres vivos en en
particular, resultando por lo tanto importantísimos en nuestro
estudio dedicado a la Física de los Sistemas Biológicos.

Bolilla 6: Mecanica de Fluidos
En esta bolilla,aplicaremos las Leyes de la Mecánica a los fluidos.
Dadas sus características, conceptos como masa o fuerza no
resultan apropiados para su descripción.
Resulta necesario introducir los conceptos de densidad y presión, variables más idóneas
para el estudio a realizar. Avanzaremos en el estudio de fluidos ideales en reposo y,
posteriormente, en movimiento.
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6.1 Densidad y Presión
Densidad.La densidad de un fluido es su masa por unidad de volumen:

masa
m
ρ=
=
volumen V

[ ρ] =

kg

m

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( SI );

gr

cm

Densidad Relativa: es el cociente entre la densidad de una
sustancia y la del agua a 4oC.

3

( CGS )

ρagua = 1000

kg

gr

m

cm 3

=1
3

Presión: es la fuerza por unidad de área que se ejerce perpendicularmente a una
superficie.
p=modulo de las fuerzas normales
F
; p= N
area de la superficie
A
p=

Fy
A

Unidades ⇒ [p] =

Nt

m2

= Pa ( Pascal )

1Atm = 1.013x10 5 Pa = 760mmHg

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6.2 Presión de Fluidos en reposo
Un fluido en reposo ejerce fuerzas perpendiculares a una superficie. Esta propiedad
tiene su origen en la falta de rigidez del fluido.
Puesto que el fluído está en reposo la fuerza netasobre un elemento de fluído debe ser cero.

∑F

y

= p 2 A − p1A − mg = 0
p 2 A = p1A + mg

Teniendo en cuenta que:
Entonces:

m = ρV = ρAh

p 2 = p1 + ρgh

A este resultado se lo conoce como Teorema
Fundamental de la Hidrostática
Consecuencias:
1. La presión de un fluido es la misma para todos los puntos a igual profundidad
2. Principio de Pascal: la presión aplicada a unfluido en un punto, se transmite a todos
los puntos del fluido con igual intensidad
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Principio de Pascal: Aplicaciones
Prensa Hidráulica

p1 = p2
Eligiendo A2 >>A1
Entonces F2 >> F1

F1
F
= 2
A1 A 2

F2 =

A2
F1
A1

3. Presión en el interior de un recipiente ‘abierto’ en su parte superior
pa
h
p

Pa es la presión atmosférica

Paradoja hidrostática

p = p a + ρgh
Todoslos puntos a igual
profundidad tienen la misma
presión
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6.3 Principio de Arquímedes
Cualquier fluido aplica una fuerza de empuje a un objeto que está parcialmente o
completamente inmerso en él.
FA = pA A; FB = pB A
E = FB – FA = (p0 + ρLghB)A - (p0 + ρLghA)A
E= ρL g (hB - hA)A = ρL g h A = ρL g Vc

Pero ρL Vc es la masa de un volumen de
líquido igual al volumen del sólido

E =Peso del liquido desalojado
Arquímedes
(287aC 222aC)

La magnitud de la fuerza de empuje que ejerce un fluido es igual al peso del fluido que
el objeto desaloja
Si P es el peso del cuerpo,
entonces si:
P >E el cuerpo se hunde
P = E el cuerpo está en equilibrio
P < E el cuerpo flota
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6.4 La Ecuación de Continuidad. Líneas de Corriente
Consideramos el desplazamiento de un fluidoincompresible (ρ=constante) por una
tubería en un intervalo de tiempo Δt. Definimos caudal Q al volumen de fluido por
unidad de tiempo que atraviesa una sección de la tubería.

Q = V/t

[Q] = m3/s
El caudal Q1 a la entrada de la tubería
debe ser el mismo que el caudal Q2 a
la salida de la tubería.

V1 = A1 Δx1 = A1v1t → V1 = A1 v1
t
V2 = A 2 Δx 2 = A 2 v 2 t → V 2 = A 2 v2
t

A1v1 =...