Conceptos Fundamentales de Hidrostática e Hidrodinámica: Presión, Flujo y Ecuaciones Clave

Conceptos Fundamentales de Hidrostática e Hidrodinámica

Presión y su Efecto en la Deformación

• Si una fuerza actúa sobre un espacio pequeño, el poder de deformación de esta es grande.
• Si una fuerza actúa sobre un espacio grande, el poder de deformación de esta es pequeña.

Presión Hidrostática

• La presión actúa sobre todas las caras de un objeto sumergido o sobre las caras de las paredes del recipiente que lo contienen.
• Esta fuerza actúa de forma perpendicular sobre cada una de las caras.

Factores que influyen en la Presión Hidrostática

• La densidad del líquido.
• La aceleración de la gravedad.
• La profundidad.

Relación entre los Factores de la Presión Hidrostática

Los tres factores están relacionados de la siguiente forma:

P = D * g * h

• P = Presión
• D = Densidad del agua (1)
• g = Gravedad (10)
• h = Profundidad

Hidrodinámica e Hidrostática

• Hidrodinámica: Estudio de los fluidos en movimiento.
• Hidrostática: Estudio de los fluidos sin movimiento.

Conceptos Clave en el Estudio de Fluidos

• Flujo: Movimiento de un fluido.
• Viscosidad: Resistencia al flujo que experimentan los líquidos.
• Flujo laminar: Las moléculas de un líquido se mueven siguiendo trayectorias paralelas.
• Flujo turbulento: Cuando las moléculas se cruzan entre sí y no siguen trayectorias paralelas.
• Fluidos incompresibles: Son aquellos fluidos que no varían su volumen, por lo tanto, tienen densidad constante.
• Fluido compresible: Son aquellos fluidos que pueden modificar su volumen, por lo tanto, pueden variar su densidad. Se da principalmente en los gases.

Consideraciones en el Estudio de los Fluidos

• No debe ser viscoso.
• Debe ser incompresible.
• No debe ser turbulento.

Otros Conceptos Importantes

• Caudal: Volumen de fluido que pasa por una sección transversal por unidad de tiempo.
• Ecuación de Bernoulli: Relaciona los cambios de presión con los cambios en la velocidad y la altura a lo largo de una línea de corriente.
• Energía cinética: Es el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada desde el reposo hasta la velocidad indicada.
• Energía potencial: Es la capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo de acuerdo a la configuración que ostente en el sistema de cuerpos que ejercen fuerzas entre sí.
• Teorema de Torricelli: Es una aplicación del principio de Bernoulli y estudia el flujo de un líquido contenido en un recipiente, a través de un orificio, bajo la acción de la gravedad.
• ¿Qué es la presión?: La presión es la magnitud escalar que relaciona la fuerza con la superficie sobre la cual actúa.
• Tubo de Venturi: Instrumento que permite medir la rapidez de un fluido. El funcionamiento de este tubo está basado en el principio de Bernoulli y mide las rapideces a partir de las diferencias de presión.
• Fluido con flujo estable o estacionario: Cuya velocidad y presión no depende del tiempo.
• Flujos irrotacionales: Sus líneas de flujo no se cierran sobre sí mismo.
• Flujo no viscoso: No hay resistencia al movimiento entre capas contiguas de fluido.
• Tubo de flujo: Está formado por líneas de flujos adyacentes que corresponden a un fluido en movimiento y cuya sección transversal no es necesariamente uniforme.

Conservación en el Movimiento de un Fluido

En el movimiento de un fluido se cumple:

• Conservación de la masa.
• Conservación de la cantidad de movimiento.
• Conservación de la energía.

Deducciones de la Ecuación de Bernoulli

• Si la velocidad del fluido aumenta, su presión disminuye.
• Si la velocidad del fluido disminuye, su presión aumenta.
• Si un fluido asciende, su presión puede disminuir.
• Si un fluido asciende, su velocidad puede disminuir.