Mecanica_fluidos_cap01

CAPITULO 1:

LOS FLUIDOS Y SUS PROPIEDADES

1.1 Sistemas de unidades
El cuadro que sigue resume los principales sistemas de unidadestodavia en
uso. Debajo del nombre de cada sistema se ;ndicansus tres· unidades funda
mentales, de modo que todas las restantes son magnitudes derivadas. que se
pueden expresar en términos de las fundamentales.
Sistema
Técnico
(LFT)
MKS
(LMT)
cgs
(LMT)
Inglés
(LFT)es decir,

F =

1 kg

W=·m . 9

1 UTM x 1 m/sg 2

=

1 N

m. a

1 k9

=

1 UTM
1
1
1

1

=

1 gr

=1

grm x 980 cm/sg 2

1 lb

=1

1bm x 32.2 pie/sg 2

m x 9.8 mf~g2

1 d = 1 gr x 1 cm/sg 2 -m
1 1b 1 slug x 1 pie/sg 2

1

1 k9 m x 9.8 m/sg 2

1 kg

9.8 k9 m
= 9.8 Newton
kg
gr = 980 dinas
kg = 9.8 x 10 5 dinas
N
= 10 5 di nas
slug = 32.2 1b
=

m

1.2 Los fluidos
Los cuerpos de la naturaleza,atendiendo a su aspecto físico, pueden ser
sólidos y fluidos, comprendiendo estos últimos a los líquidos y los gases
Cuando volcamos sobre una mesa un poco de agua o echamos una bocanada de
humo apreciamos que tanto el agua como el humo fluyen con facilidad.
Los
fluidos, a diferencia de los só1idos,.y debido a su constituc,ión molecular,
pueden cambiar continuamente las posiciones relativas de susmoléculas sin
ofrecer resistencia apreciable a la deformación.

Pero ~ntre los llquidos y los gases tambiéh hay diferencias. Considerando
un mismo volumen de líquido y de gas, vertiéndolos en dos recipientes igu~
1es se aprecia que el 1 ;quido adopta la forma del recipiente· y permanece
quieto con una sup~rficie libre horizontal, mientras que el gas se expande
ha¡,ta ocupar toáo el recipiente paraadquirir recién el equil ibrio estáti
co.
60S liquidos son prácticamente incompresibles mientras ~ue los gases
son
muy compresibles; esta es la otra diferencia importante. En la práctica
se considera que el agua es incompresible (salvo contados casos en que es ..
tá sometida a grandes presiones) y que los gases son compresibles
(salvo
contados casos en que están sometidos a presiones muy pequeñas).

1El continuo.- La estructura molecular real de los fluidos es tal que entre las moléculas hay espacios más o menos apreciables. Por "velocidad en
un punto" se entendería la velocidad de la molécula que ocupa ese punto y
en un medio así no seria apl icable el anal isis matemático: Por esta razón
se introduce la hipótesis de que el fluido es un medio continuo, en el
cual por "velocidad en un punto"se entiende la velocidad media de las moléculas que rodean el punto, y en el cual varfan también de modo continuo
a través del fluido los parámetros de estudio: velocidad, densidad, presión, aceleración, etc. (o son constantes por supuesto). En un medio asi,
sin espacios vacíos, ya es ap1 icab1 e el análisis matemático.
1.3 Fuerzas en el interior de un fluido
Supongamos que en un fluido enmovimiento se aisla idealme~te un cierto v~
lUQH!n limitado por la superficie S. El efecto de la masa flutda que rodea
a la porción aislada es un conjunto de fuerzas desigua1ménte distribuidas
sobre S denominadas fuerzas de superficie. Si se considera en S el elemen
to de área /J.A correspondiente a un punto P, este e1emen~ IJ.A puede repre::sentarse por el vectorlJ.A, nonnal al elemento AA. Este vectorse considera
' .
positivo hacia afuera de la porción aislada.

z
o·~

__ y

x

Si-en el punto P actúa la fuerza de superficie
general, en el punto P a la expresión:

s = l;m. /J.F

= dF

M

dA

IJ.A

-+

AF,

se define esfuerzo, en

O

La fuerza IJ.F en el punto ~uede descomponerse en dos direcc1ones, una~noL
mal al elemento de área (IJ.F n) y otra tangencial (AFt), que generan respectivaménte losesfuerzos: normal (~) y cortante (T)~ Se constdera que el
esfuerzo normal es positivo cuando se trata de una tenstón (como en la figú'ra) y negativo cuando se trata de una compresf6n. Si uno lo desea cada
esfuerzo-puede descomponerse en las direcciones X, Y, z.
Además de las fuerzas de superficie, en cada punto del volumen aislado actúan las fuerzas de cuerpo. Estas fuerzas se expresan por...