mecanica de fluidos1

NORMAL SUPERIOR LA HACIENDA
DPTO. DE CIENCIAS NATURALES

ASIGNATURA: FISICA

1

´
MECANICA
DE FLUIDOS
1.

S´
olidos y Fluidos

La materia se clasifica, por lo general en uno de los tres estados o fases: s´olidos, l´ıquido o gaseoso. Debido
a que los l´ıquidos y gases fluyen con facilidad, reciben el nombre de fluidos. Un s´olido es una sustancia
r´ıgida que conserva su forma frente a fuerzasexternas de distorsi´on, mientras que un fluido es una sustancia
no r´ıgida que no conserva su forma frente a tales fuerzas. El l´ıquido se va al fondo del recipiente que lo
contiene y el gas se expande para llenar todo el volumen accesible. Los ´atomos en un s´olido vibran en torno
a posiciones de equilibrio fijas, mientras que los ´atomos o mol´eculas en un l´ıquido se mueven con relativa
libertady colisionan frecuentemente unos con otros. Los ´atomos en un s´olido o en un l´ıquido est´an apretados
en forma compacta, lo cual dificulta reducir su volumen; son casi incompresibles. Los ´atomos o mol´eculas de
un gas est´an separados, colisionan con mucha menos frecuencia que las de un l´ıquido. Los gases en general
son compresibles.
En este cap´ıtulo estudiaremos las propiedades fundamentalesde los fluidos en reposo (Hidrost´atica) y en
movimiento (Hidrodin´
amica)

1.1.

Densidad

Antes de estudiar la est´
atica y la din´
amica de los fluidos, es importante entender algunos conceptos claves
como es la densidad y la presi´
on.
Una propiedad muy importante de cualquier material es su densidad, la cual es definida como la masa de
una sustancia contenida en la unidad de volumen. Ladensidad de un material homog´eneo, como el agua o
el hierro; tiene el mismo valor en todas partes. Decimos que la densidad es una propiedad caracter´ıstica de
la materia homog´enea pues nos ayuda a identificarla. La densidad es una magnitud f´ısica derivada porque
proviene de la combinaci´
on entre la masa y el volumen. Se puede entender que la densidad es la magnitud
f´ısica que nos indica comoest´
a distribuida la masa de una sustancia en la unidad de volumen. Usamos la
letra griega ρ(rho) para representar la densidad. La densidad se puede determinar mediante la relaci´on
ρ=

m
v

Las unidades en que se expresa la medida de la densidad en el S.I es ( Kg
en se usa mucho la unidad
m3 ). Tambi´
g
).
del sistema c.g.s es ( cm
3
En la siguiente tabla se dan las densidades de varias sustanciascomunes a temperaturas ordinarias.
Sustancia

Densidad en

S´
olidos
Aluminio
Lat´
on
Cobre
Vidrio
Oro
Hielo
Hierro
Plomo
Plata
Acero
Madera

2700
8700
8900
2600
19300
920
7900
11400
10500
7800
810

kg
m3

Densidad en
2,7
8,7
8,9
2,6
19,3
0,92
7,9
11,4
10,5
7,8
0,81

2

g
cm3

N
Densidad de Peso ( m
3)

26460
85260
87220
25480
189140
9016
77420
111720
102900
76440
7938

Sustancia

Densidad enL´ıquidos
Alcohol
Benceno
Gasolina
Agua
Aceite
Glicerol
Agua de mar
Mercurio
Gases
Aire
Helio
Di´oxido de carbono
Hidr´
ogeno
Nitr´
ogeno
Ox´ıgeno

kg
m3

Densidad en

790
880
680
1000
920
1260
1030
13600

0,79
0,88
0,68
1
0,92
1,26
1,03
13,6

1,29
0,18
0,76
0,09
1,25
1,43

0,00129
0,00018
0,00076
0,00009
0,00125
0,00143

g
cm3

N
Densidad de Peso ( m
3)

7742
8624
6664

12348
10094

12,642

Observaci´on
La densidad de algunos materiales var´ıa de un punto a otro dentro del material; un ejemplo de ello es la
atm´osfera terrestre (que es menos densa a mayor altitud) y los oc´eanos (que son m´as densos a grandes
profundidades). En el caso de estos materiales la ecuaci´on ρ = m
v describe la densidad media.
En general, la densidad de un material depende de los factores ambientales como latemperatura y la presi´on

1.2.

Densidad y peso espec´ıfico

Para referirse al peso de un cuerpo o sustancia por unidad de volumen, es decir, la fuerza con que la tierra
atrae a un volumen unidad, se introduce el concepto de peso espec´ıfico (D) el cual se define como el cociente
entre el peso (W ) y su volumen (V ), es decir,
W
V
La relaci´on entre peso espec´ıfico y densidad es la misma que la...