FluidosFluidos

11erer Semestre 2009 Semestre 2009

¿A qué le llamaremos fluido?¿A qué le llamaremos fluido?

Reciben el nombre de fluidos Reciben el nombre de fluidos aquellos cuerpos que tienen la aquellos cuerpos que tienen la propiedad de adaptarse a la propiedad de adaptarse a la forma del recipiente que los forma del recipiente que los contiene. contiene.

A esta propiedad se le da el A esta propiedad se le da el nombre de nombre de fluidezfluidez. .

Los líquidos y los gases son Los líquidos y los gases son fluidos. fluidos.

Mecánica de fluidosMecánica de fluidos

Hidrostática: estudia Hidrostática: estudia los fluidos en reposolos fluidos en reposo

Hidrodinámica: estudia Hidrodinámica: estudia los fluidos en los fluidos en movimientomovimiento

Conceptos importantes:Conceptos importantes:

Densidad: es el cociente entre la Densidad: es el cociente entre la masa y el volumen de una sustancia, masa y el volumen de una sustancia, es decir:es decir:

Peso específico: es el cuociente entre Peso específico: es el cuociente entre el peso y el volumen de una sustanciael peso y el volumen de una sustancia

V

mg

Algunos valores:Algunos valores:

Material Densidad (kg/m3)

Hierro o aceroHierro o acero 7.8*107.8*1033

Hielo Hielo 0.9*100.9*1033

Agua Agua 1*101*1033

Mercurio Mercurio 13.6*1013.6*1033

Aire Aire 1.291.29

PresiónPresión Se define como el cuociente entre la Se define como el cuociente entre la

componente de la fuerza componente de la fuerza perpendicular a la superficie y el perpendicular a la superficie y el área de dicha superficie.área de dicha superficie.

Es una cantidad escalarEs una cantidad escalar

A

Fp

Unidades para la presiónUnidades para la presión

En el sistema internacional: Pascal (Pa) = N/m2.

Otras unidades: 1 lb/plg2 = 6894.57 Pa 1 atm = 1.013*105 Pa 1 bar = 1*105 Pa 1 mm de Hg = 1 torr =

133 Pa

Ecuación de la hidrostáticaEcuación de la hidrostática

El fluido está en reposo:El fluido está en reposo:

FFRR = 0 = 0F’- F - mg = 0F’- F - mg = 0Pero: mg = Pero: mg = gVgVEs decir, mg= Es decir, mg= gAdygAdyAdemás: F’ = p’A y F = pAAdemás: F’ = p’A y F = pAEntonces:Entonces:P’ – p – P’ – p – gdy = 0gdy = 0Es decir: Es decir: p’ = p+p’ = p+gdygdy

Para un líquido en un recipiente Para un líquido en un recipiente abierto a la atmósferaabierto a la atmósfera

p = Pp = Poo + + ghgh

Siendo Siendo hh la profundidad del punto en la profundidad del punto en el líquido, el líquido, gg = 9.8 m/s = 9.8 m/s22 , , la la densidad del líquido y Pdensidad del líquido y Poo la presión la presión atmosfératmosféricaica

Presión atmosféricaPresión atmosférica

Es la presión debida al peso de la Es la presión debida al peso de la atmósferaatmósfera

Se ejerce sobre todos los cuerpos Se ejerce sobre todos los cuerpos inmersos en ellainmersos en ella

Varía con la altura y con las Varía con la altura y con las condiciones climáticascondiciones climáticas

En condiciones normales, su valor es En condiciones normales, su valor es de 1 atmde 1 atm

Medición de la presiónMedición de la presión

El primero en medir la El primero en medir la presión atmosférica fue presión atmosférica fue Evangelista Torricelli, Evangelista Torricelli,

el año 1643.el año 1643.

Medición de la presión: Medición de la presión: manómetros manómetros

De tubo en U De Bourdon De tubo en U De Bourdon

Principio de Blaise Pascal (1623 – 1662)Principio de Blaise Pascal (1623 – 1662)

La presión aplicada a un La presión aplicada a un fluido encerrado en un fluido encerrado en un recipiente se transmite recipiente se transmite por igual a todos los por igual a todos los puntos del fluido y a las puntos del fluido y a las paredes del recipiente que paredes del recipiente que lo contiene.lo contiene.

Aplicaciones del principio de PascalAplicaciones del principio de Pascal

elevador hidráulicoelevador hidráulico

Frenos hidráulicos Frenos hidráulicos

Principio de Arquímedes(287-212 a.C.)

Todo cuerpo parcial o Todo cuerpo parcial o totalmente sumergido totalmente sumergido en un fluido experimenta en un fluido experimenta una fuerza ascensional una fuerza ascensional o o empuje empuje igual al peso igual al peso

del fluido desplazado.del fluido desplazado.

Principio de Arquímedes

El empuje E es:El empuje E es:

E = E = ffgVgVff

Donde Donde ff es la densidad es la densidad

del fluido y Vdel fluido y Vff es es

el volumen del el volumen del

fluido desalojadofluido desalojado

¡algunos objetos flotan en los líquidos y ¡algunos objetos flotan en los líquidos y otros se hunden!otros se hunden!

Hay tres posibilidades. Hay tres posibilidades. Si el peso del objeto es mayor que el empuje (a), Si el peso del objeto es mayor que el empuje (a),

este se hunde hasta llegar al fondo del recipiente; este se hunde hasta llegar al fondo del recipiente; Si es igual al empuje (b), permanecerá “entre dos Si es igual al empuje (b), permanecerá “entre dos

aguas”; y aguas”; y Si es menor que el empuje (c), el cuerpo saldrá a Si es menor que el empuje (c), el cuerpo saldrá a

flote y emergerá del líquido reduciéndose el empuje flote y emergerá del líquido reduciéndose el empuje hasta hacerse igual al peso.  hasta hacerse igual al peso. 

¡Importante!¡Importante!

El empuje no solamente El empuje no solamente actúa sobre cuerpos actúa sobre cuerpos sumergidos en líquidos, sumergidos en líquidos, sino sobre cuerpos sino sobre cuerpos sumergidos en cualquier sumergidos en cualquier fluido.fluido.

Tensión superficial Tensión superficial

Numerosas observaciones sugieren que la supNumerosas observaciones sugieren que la superficie de un líquidoerficie de un líquido actúa como una membrana estirada bajo tensión. Esta fuerza, que actúa como una membrana estirada bajo tensión. Esta fuerza, que actúa paralela a la superficie, proviene de las fuerzas atractivas actúa paralela a la superficie, proviene de las fuerzas atractivas entre las moléculas. Este efecto se llama tensión superficial . Se entre las moléculas. Este efecto se llama tensión superficial . Se define a la fuerza como:define a la fuerza como:

F = F = L L

Donde Donde LL es la longitud de la superficie a través de la cual actúa la es la longitud de la superficie a través de la cual actúa la fuerza y fuerza y es el coeficiente de tensión superficial, que depende es el coeficiente de tensión superficial, que depende fuertemente de la temperatura y de la composición del líquido,fuertemente de la temperatura y de la composición del líquido,

Algunos ejemplosAlgunos ejemplos

http://www-math.mit.edu/~dhu/Climberweb/climberweb.htm

Algunos valoresAlgunos valores

Sustancia Coeficiente

Mercurio 0.44

Agua (0º) 0.076

Agua (20º) 0.072

Agua (100º) 0.059

Solución jabonosa (20º) 0.025

CapilaridadCapilaridad

El agua moja el recipiente de vidrio debido a que El agua moja el recipiente de vidrio debido a que sus moléculas son atraídas con mayor intensidad sus moléculas son atraídas con mayor intensidad por las moléculas de vidrio (fuerzas de adhesión) por las moléculas de vidrio (fuerzas de adhesión) que por las moléculas de agua (fuerzas de que por las moléculas de agua (fuerzas de cohesión) . El caso contrario ocurre con el cohesión) . El caso contrario ocurre con el mercurio: las mercurio: las fuerzas de cohesión fuerzas de cohesión son mayores son mayores que las de adhesión. que las de adhesión.

Capilaridad Capilaridad El ángulo que la tangente a la superficie del líquido El ángulo que la tangente a la superficie del líquido

forma con la superficie sólida se llama forma con la superficie sólida se llama ángulo de ángulo de contactocontacto y depende tanto de las fuerzas de y depende tanto de las fuerzas de cohesión como de las de adhesión. Se puede cohesión como de las de adhesión. Se puede demostrar que cuando el ángulo de contacto es demostrar que cuando el ángulo de contacto es menor que 90º, el líquido moja el sólido. Si menor que 90º, el líquido moja el sólido. Si es es mayor que 90º el líquido no moja el sólido.mayor que 90º el líquido no moja el sólido.