miércoles, 28 de noviembre de 2018

Mecánica de fluidos - Definición

Definición de mecánica de fluidos
y diferencia entre sólidos, líquidos y gases


Es la rama de la física que estudia los fluidos a partir de la física clásica. La materia normalmente se puede clasificara de manera macroscópica en sólido o en fluido. Sin embargo, desde el punto de vista microscópico se habla entonces es de la intensidad de la fuerza de interacción entre los átomos que conforman la materia, lo que deja una barrera gris, es decir: si las interacciones entre los átomos son "débiles", hablamos de fluidos, mientras que si son "fuertes", hablamos de sólidos. Se puede ver que se hace referencia a "fuertes" y "débiles", pero esto ya comienza a ser subjetivo. Y más aún cuando se indica que si las interacciones son "muy débiles", hablamos de gases.

Es así como el vidrio presenta esta ambigüedad y por eso muchos científicos lo definen como un líquido subenfriado, no como un sólido. Es así como se puede deformar el vidrio, pero demasiado lento si hablamos de hacerlo a temperatura ambiente (hablamos de muchos años). Es por eso que podemos decir que el vidrio es un fluido con una viscosidad muy grande. Incluso, a 1800°C el vidrio sigue pareciendo un sólido, pero con una viscosidad mayor que 10^7 Poises (comparado con los 0,001 Poises del agua a temperatura ambiente)[1].

Ahora bien, hay otros factores que pueden permitirnos distinguir un poco mejor, por ejemplo, los gases de los sólidos. Como primer factor tenemos la compresibilidad. En los gases, la variación del volumen que ocupa una determinada masa puede variar bastante en función de la presión y la temperatura, contrario a los líquidos, donde las variaciones del volumen debidos a cambios de presión y temperatura suelen ser insignificantes. Es decir, el líquido es altamente incompresible comparado con el gas.

De manera similar, podemos decir que la variación de la densidad de los gases puede ser amplia cuando se realizan variaciones en su temperatura y/o presión, mientras que la densidad de los líquidos suele ser bastante constante.

Lo anterior se puede explicar con el siguiente ejemplo: si tenemos un fluido en un recipiente cerrado herméticamente y disminuimos el volumen del recipiente, entonces la presión del fluido aumenta y la densidad de la sustancia aumenta. En condiciones ordinarias de presión y temperatura, con la misma variación de presión los líquidos tienen pequeñas variaciones de volumen, mientras que los gases cambian bastante su volumen y por lo tanto su densidad. Por esto se dice que la densidad de los líquidos suele permanecer constante.

También se puede indicar que los gases tienen normalmente una densidad menor a la densidad de los líquidos.

Los líquidos tienden a depositarse en la parte inferior del recipiente que los contiene (si su volumen es menor que el recipiente que los contiene), y en reposo se puede apreciar una superficie plana y perpendicular a la fuerza de gravedad. Los gases, por el contrario, siempre tienden a ocupar completamente los recipientes que lo contienen (hablando de recipientes cerrados).

Lo anterior hace que surja entonces la propiedad de la tensión superficial, la cual es una característica distintiva de los líquidos y es la que permite que se presenten los fenómenos de humectación o la flotación de algunos insectos (como el zapatero - Guerris lacustris) o una aguja.

Aguja tens sup
No machine-readable author provided. Skaller assumed (based on copyright claims). [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html), CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) or CC BY-SA 2.5 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)], via Wikimedia Commons

La tensión superficial de los líquidos es la propiedad que hace que en los líquidos se formen gotas con una forma aproximada a la esfera.

Water drop 001
José Manuel Suárez [CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)]

A altas presiones y bajas temperaturas, un gas puede comportarse como un líquido. De manera contraria, cuando calentamos un líquido o disminuimos su presión, este puede pasar a estado gaseoso.

Sunlight In Evaporation From Sea
Resk - Kristian H Resset, Norway [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) or GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], from Wikimedia Commons


Fuentes:

[1] El vidrio, un sólido que no lo es. Queaprendemoshoy.com. 7 de diciembre de 2011. Consultado el 28 de noviembre de 2018 en http://queaprendemoshoy.com/el-vidrio-un-solido-que-no-lo-es/

[2] Mecánica de fluidos. Bernardo Arenas Gaviria. Universidad de Antioquia, Instituto de Física. 2010. Consultado el 28 de noviembre de 2018 en: http://aprendeenlinea.udea.edu.co/lms/moodle/pluginfile.php/150404/mod_resource/content/0/texfluidos.pdf