Mecánica de Fluidos

Mecánica de Fluidos

• La mecánica de fluidos estudia el comportamiento de líquidos y gases, en reposo o movimiento
• Se basa en conceptos como densidad, presión y leyes que rigen los flujos

Propiedades Fundamentales de los Fluidos

• Densidad (ρ): Es la masa por unidad de volumen. Se mide en kg/m³

  • ρ = m/V (donde m es masa y V es volumen)

• Presión (P): Es la fuerza ejercida por unidad de superficie

  • P = F/A (donde F es fuerza y A es área)
  • Se mide en Pascales (Pa) o N/m²

Hidrostática

• Describe el comportamiento de fluidos en reposo
• Los principios fundamentales de la hidrostática son:
  • Ley de Pascal: En un fluido incompresible en reposo, una variación de presión aplicada en un punto se transmite íntegramente y en todas las direcciones
  • Ley Fundamental de la Hidrostática: La presión en un fluido aumenta con la profundidad debido al peso de la columna de fluido sobre el punto. P = Po + pgh (donde Po es la presión inicial, ρ la densidad, g la aceleración de la gravedad y h la profundidad)
  • Principio de Arquímedes: Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza de empuje vertical hacia arriba, igual al peso del fluido desplazado por el cuerpo.

Notas Importantes

• Un fluido en reposo solo puede ejercer una fuerza normal (perpendicular) a una superficie
• Las fuerzas dentro de un fluido en reposo son puramente hidrostáticas y están relacionadas con la presión, que actúa uniformemente en todas las direcciones.

Dinámica de Fluidos

• Ecuación de Continuidad: En un fluido incompresible, el caudal volumétrico es constante a lo largo de un tubo de corriente. A₁v₁ = A₂v₂ (donde A es el área de la sección transversal y v es la velocidad)

• Teorema de Bernoulli: En un flujo de fluido incompresible y no viscoso, la energía mecánica total (suma de la presión, energía cinética y energía potencial gravitatoria) es constante a lo largo de una línea de corriente. P + 1/2ρv² + ρgh = constante (donde p es la presión, ρ es la densidad, v es la velocidad, g es la aceleración gravitatoria y h es la altura)

Ley de Poiseuille

• El caudal volumétrico de un fluido en flujo laminar en un tubo cilíndrico es proporcional a la diferencia de presión entre los extremos del tubo, e inversamente proporcional a la viscosidad del fluido y la longitud del tubo. Q = πr⁴(P₁-P₂)/8ηL

Tensión Superficial y Ley de Laplace

• Tensión superficial: Fuerza por unidad de longitud en la superficie de un fluido debido a la cohesión molecular.
• Ley de Laplace: La presión necesaria para equilibrar la fuerza ejercida por la tensión superficial en una superficie curva es inversamente proporcional al radio de dicha superficie. ΔP = 2γ/r

Fuerzas Viscosas y Aplicaciones

• Viscosidad (η): Mide la resistencia interna al flujo de un fluido
• Flujo laminar: Líneas de corriente paralelas
• Flujo turbulento: Líneas de corriente desordenadas. Ocurre cuando el número de Reynolds supera un valor crítico.

Este cuestionario abarca conceptos fundamentales de la mecánica de fluidos, incluyendo la densidad, la presión y las leyes que regulan el comportamiento de líquidos y gases. Se exploran principios como la hidrostática y las leyes de Pascal que son esenciales para entender el comportamiento de los fluidos en reposo y movimiento.