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].

Viscosidad (cinemática y dinámica).

Viscosidad

¿Qué es la viscosidad? Pues la viscosidad es la propiedad que nos indica cuanta es la resistencia de un fluido a dejarse cortar cuando está en movimiento.

Sólo los sólidos pueden resistir esfuerzos de corte sin moverse; en el caso de los líquidos, necesariamente cuando son sometidos a este tipo de esfuerzos, se presenta movimiento.

Algo bien importante para entender el término es comprender que la viscosidad se presenta debido a que las diferentes moléculas del fluido presentan interacciones entre si.

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Tabla de densidades

Como ya se ha dicho, una de las propiedades importantes de las sustancias es su densidad, que es el cociente entre su masa y su volumen. Esta es utilizada en múltiples cálculos y especialmente cuando estamos determinando la masa de una cierta cantidad de la sustancia que estamos analizando.

De igual manera, antes de pasar a una breve tabla de densidades, es importante indicar que la densidad de los sólidos y líquidos se pueden considerar independientes de la temperatura y presión, debido a que las variaciones que estos presentan en cuanto a dilatarse o contraerse debido a cambios de presión y/o temperatura son relativamente pequeñas. Normalmente su variación es tan pequeña que, para cálculos prácticos, se pueden considerar de densidad constante.

Substancia	Densidad (kg/m3)
Aceite	920
Aceite de oliva	920
Aceros	6920-9130
Acetona	790
Agua (20°C)	998
Agua (4°C)	1000
Agua de mar	1027
Aire (25 °C, 1 atm)	1,184
Alabastro	2300-2800
Alcohol etílico	780
Aleaciones de cobre	7470-8940
Aleaciones de titanio	4430-4700
Aluminio	2700
Arena fina seca	1400-1650
Basalto	2700-3200
Benceno	900
Caliza	2460-2840
Carbono	2260
Caucho	950
Cemento	820-1950
Cerámicos	2300-5500
Cinc	7140
Cloroformo	1475
Cobalto	8900
Cobre	8940
Cobre	8900
Cuarzo	2500-2800
Cuerpo humano	950
Diamante	3515
Estaño	7310
Etanol de 96°	810
Gasolina	680-700
Glicerina	1261
Grafito	1900-2200
Grafito	2510-3050
Helio	0,18
Hielo de agua	920
Hierro	7870
Hormigón	2400
Iridio	22500
Latón	8600
Leche	1030
Litio	534
Luna	3340
Madera (balsa)	120
Madera (cedro)	570
Madera (Cerezo)	760-840
Madera (ébano)	1260
Madera (Encina)	690-1030
Madera (Haya)	660-830
Madera (Manzano)	660-840
Madera (Nogal)	600-810
Madera (Olmo)	560-820
Madera (pino)	310-760
Madera (Roble)	710-1070
Madera (varias)	400-700
Magnesio	1740
Mármol ordinario	2520-2850
Mercurio	13580
Metanol	790
Nieve compactada	300
Níquel	8900
Oro	19300
Osmio	22610
Plasma sanguíneo (37°C)	1027
Plásticos	900-2000
Plata	10490
Platino	21450
Plomo	11340
Poliuretano rígido	35
Sangre	1500
Titanio	4510
Tricloroetileno	1471
Tungsteno	19290
Uranio	19100
Vanadio	6110
Vídrios	2400-2700
Wolframio	19250

Fuentes:

- https://fisicajm15.wordpress.com/2015/08/21/tabla-de-densidad-y-peso-especifico/

- Paul Allen Tipler, Gene Mosca, Física para la ciencia y la tecnología, Volumen 1. Reverte, 2005. ISBN 8429144110, 9788429144116

- Física de fluidos y termodinámica. https://mauriciomedinasierra.wordpress.com/primer-corte/conceptos/densidad/tabla-densidades/

- http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/Tables/density.html

- http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/fis/densidades.pdf

Densidad

Propiedades de los fluídos

Densidad específica

Mecánica de fluidos

Definición:

La mecánica de fluidos es una ciencia, enmarcada en la física, que se dedica al estudio de los fluidos (ya sea en reposo o en movimiento); de las fuerzas que provocan el movimiento (o que mantienen estático un fluido en reposo); y de las interacciones entre los fluidos y los elementos que lo sostienen (tanques,tuberías, etc). Vale recalcar aquí que un fluido no resiste completamente los esfuerzos cortantes (por lo que su forma depende del recipiente o elemento que los contiene).

Tal como se puede ver en la definición de fluido, estos se pueden dividir en gases y líquidos. Es por esto que algunos libros hacen referencia específica a la mecánica de fluidos refiriéndose específicamente a los líquidos y separando el estudio de los gases a la termodinámica (de aquí que en parte se pueda definir la frontera entre la termodinámica y la mecánica de fluidos como una "frontera gris"). Esto está basado fundamentalmente en el hecho de que los líquidos, para muchas aplicaciones de ingeniería, se pueden considerar incompresibles (aunque a altas presiones se presentan una pequeña compresibilidad); mientras que los gases pueden comprimirse y, como resultado de esto, se presentan cambios en su temperatura. Sin embargo, para algunos estudios de aerodinámica, por ejemplo, es posible asumir que el cambio del volumen del aire es cero.

Fluido - definición

Para poder hablar de fluidos, hay que comenzar diciendo que este es un "medio continuo" que está formado por una sustancia y que específicamente la atracción entre sus moléculas (fuerza cohesiva) es débil (por que de lo contrario estaríamos hablando de sólidos). Adicionalmente, y cómo se verá después, se diferencian según la fuerza de atracción (débil o fuerte) en líquidos y gases. Los fluidos son elementos o sustancias que cambian de forma sin que existan fuerzas que que los lleven a recuperar su forma original (contrario a un sólido deformable donde existen fuerzas restitutivas que hacen que estos regresen a su forma original)[3].

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Cuando hablamos de "medio continuo" estamos haciendo referencia a una porción de material (una sustancia) a la que se le puede describir adecuadamente su comportamiento por un modelo unificado para la mecánica de sólidos deformables, sólidos rígidos y fluidos, denominada normalmente mecánica de medios continuos (MMC)[5].

Se diferencian los líquidos de los gases básicamente en que los líquidos mantienen su propio volumen, mientras que los gases toman el volumen del recipiente que los contiene. Adicionalmente se puede decir que los gases son mucho menos viscosos que los líquidos[3].