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Fundamentos y Teorías Físicas

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2. MECÁNICA DE FLUIDOS
2.1. INTRODUCCIÓN
Un fluido es parte de un estado de la materia la cual no tiene una forma definida, sino que se
adapta a la forma del recipiente que lo contiene a diferencia de los sólidos los cuales tienen forma y
volumen definido. Este concepto de fluidos incluye a líquidos y gases. Las diferencias esenciales entrelíquidos y gases son:
a) los líquidos son prácticamente incompresibles y los gases son compresibles
b) los líquidos ocupan un volumen definido y tienen superficies libres, mientras que una masa
dada de gas se expansiona hasta ocupar todas las partes del recipiente que lo contenga.
No obstante, a veces la frontera entre líquidos y gases no es muy precisa.

¿Por qué estudiar fluidos? Elconocer y entender los principios básicos de la mecánica de
fluidos es esencial en el análisis y diseño de cualquier sistema en el cual el fluido es el elemento de
trabajo. Hoy en día el diseño de virtualmente todos los medios de transporte requiere la aplicación de la
mecánica de fluidos. También es bastante común realizar estudios para determinar las fuerzas
aerodinámicas y estudiar el flujoalrededor de edificios, puentes y otras estructuras complejas. Los
sistemas de calefacción y de ventilación, tanto de viviendas e industrias como de construcciones
subterráneas, túneles y otros, así como el diseño de sistemas de cañerías son ejemplos en los cuales las
técnicas de diseño están basadas en la mecánica de fluidos. Incluso el sistema de circulación del cuerpo
humano es un sistemafluido; de ahí que se de el diseño de corazones artificiales, maquinas de diálisis,
ayudas respiratorias y otros aparatos de este tipo estén basados en los principios de la mecánica de
fluidos.
La Mecánica de Fluidos, es la parte de la física que se ocupa de la descripción cuantitativa de
las acciones de los fluidos en reposo o en movimiento, así como de las aplicaciones y mecanismos que eningeniería utilizan fluidos. La Mecánica de Fluidos como hoy la conocemos es una mezcla de teoría y
experimento que proviene por un lado de los trabajos iniciales de los ingenieros hidráulicos, de carácter
fundamentalmente empírico, y por el otro del trabajo de básicamente matemáticos, que abordaban el
problema desde un enfoque analítico. La mecánica de fluidos puede dividirse en dos camposprincipales:
la Estática de fluidos, o Hidrostática, que se ocupa de los fluidos en reposo, y la Dinámica de fluidos, que
trata de los fluidos en movimiento.
Desde el punto de vista mecánico nos interesa diferenciar el estado sólido del fluido por la forma
en que reacciona el material cuando se le aplica una fuerza. Los fluidos reaccionan de una manera
característica a las fuerzas. La característicafundamental de los fluidos es la denominada fluidez, es decir
sufren grandes deformaciones no elásticas sin necesidad de grandes acciones externas. Si se compara lo
que ocurre a un sólido y a un fluido cuando son sometidos a una fuerza cortante o tangencial se tienen
reacciones características que se pueden verificar experimentalmente y que permiten diferenciarlos. Un
fluido se define como unasustancia que cambia su forma continuamente siempre que esté sometida a una
fuerza cortante, sin importar qué tan pequeño sea. La medida de la facilidad con que se mueve vendrá
dada por la viscosidad que se trata en tercer curso, relacionada con la acción de fuerzas de rozamiento. En
contraste un sólido experimenta un desplazamiento definido (o se rompe completamente) cuando se

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somete a una fuerza cortante. Es decir, mientras que para un sólido bajo una fuerza cortante constante se
alcanza un ángulo de deformación determinado y constante, en un fluido debemos hablar de una
velocidad de deformación constante o no, ya que la deformación se produce de forma continua.

Por tanto, con base al comportamiento que desarrollan...