mecánica de los fluidos

12. Mecánica de fluidos
(Física del medio continuo)

El estudio de la física del medio continuo está basado principalmente en dos teorías: (a) la elasticidad que es la propiedad que
tienen los cuerpos de cambiar de forma cuando se ejerce sobre ellos una fuerza deformadora, y de recuperar su forma original,
cuando la fuerza deformadora deja de actuar, esta teoría se aplica principalmente alos cuerpos sólidos. (b) La hidrodinámica, que
estudia a los fluidos (líquidos y gases) en movimiento. No obstante, ambas no son más que la extensión natural de las leyes de
Newton al medio continuo.

Figura 37. Disciplinas del medio continuo.

En este capítulo estaremos concentrados en la hidrodinámica y como caso particular de esta teoría estudiaremos la hidrostática,
es decir, discutiremosla física de los fluidos en reposo. Esta teoría está basada, al igual que en otras situaciones de equilibrio, en la
primera y tercera leyes de Newton (ver capítulo de dinámica). Los conceptos que aprenderemos en esta sección son: densidad,
presión, fuerza boyante (flotabilidad) y tensión superficial. Por otra parte, en la hidrodinámica discutiremos los siguientes conceptos:
flujo de un fluido,línea de flujo, flujo estacionario, tubo de flujo, flujo laminar, etc.

Introducción
Comencemos por definir un fluido. Un fluido es cualquier sustancia que no puede mantener una deformación. es decir, aquella materia
que ofrece pequeña, o nula resistencia a las fuerzas tangenciales, o cortantes, que se le aplican. Esta descripción tiene que ver con
la forma en que un material responde a lasfuerzas externas, y se aplica tanto a líquidos como a gases. La capacidad de fluir hace que
el fluido sea incapaz de soportar un esfuerzo cortante. (Voltear un vaso conteniendo agua, etc.)
En términos muy generales, a las sustancias que presentan una resistencia muy pequeña, o nula, a ser deformados se les conoce
Como un fluido es completamente deformable, toma la forma del recipiente que locontiene. El recipiente ejerce una fuerza sobre el
fluido, que es normal a la superficie, ya que cualquier componente tangencial ejercería una fuerza cortante sobre él y éste respondería
deformándose hasta que desapareciera dicha fuerza.

Notas para el curso de Física Universitaria 1 ı 63

Mecánica de fluidos

como fluidos newtonianos en tanto que, a las sustancias que presentan mayorresistencia se les llaman fluidos no newtonianos
newtonianos,
newtonianos.

Puesto que los fenómenos que estudiaremos en la hidrodinámica son macroscópicos, un fluido lo consideramos como un medio
continuo. Esto significa que no importando que tan pequeño sea el elemento de volumen en el fluido que estudiemos, éste contendrá
un número muy grande de partículas, pero suficientes para que sucomportamiento sea insensible a dicho número. En otras palabras,
nuestro elemento de volumen será pequeño comparado con el sistema que estemos estudiando, pero, grande comparado con las
distancias que hay entre las moléculas y con el número de ellas que componen el sistema. Los fluidos se dividen en: compresibles
(gases) e incompresibles (la mayoría de los líquidos), ver ejercicio 1.1.

Figura 38.Clasificación general de los fluidos.

Figura 39. Caracterización de fluidos.

Ejercicio 1.1 Tomemos dos jeringas iguales, una la llenamos con un gas, por ejemplo, humo de cigarro, y la otra con un líquido,
por ejemplo, agua. Ahora tape con sus dedos el extremo de las jeringas, ¿en cuál de los dos casos es más difícil comprimir el fluido
con el émbolo de la jeringa?

Densidad
Una de laspropiedades de los sólidos, líquidos y gases, es la medida de compactibilidad del material, es decir, la densidad. La
densidad ρ, de un material se define como su masa por unidad de volumen. Si el material es homogéneo, como el hielo o el hierro,
su densidad es la misma en todo el material. Las unidades de la densidad en el SI son el kilogramo por metro cúbico (kg/m3). Si la
masa m de un...