Conceptos Fundamentales y Propiedades de los Fluidos en Física

Propiedades Fundamentales de los Fluidos

Masa: Es la propiedad que tiene un cuerpo de fluido; es la medida de la inercia o resistencia a cambiar el movimiento de éste. También es la medida de la cantidad de fluido.

Peso: Es la cantidad que pesa un cuerpo de fluido, es decir, la fuerza con la que el fluido es atraído hacia la Tierra por la acción de la gravedad.

Densidad: Es la cantidad de masa por unidad de volumen de una sustancia.

Peso específico: El peso específico de una sustancia se define como el peso de esa sustancia por unidad de volumen. Esto es el resultado de dividir un peso conocido (N) entre un volumen conocido (cm³).

Gravedad específica: Se define de dos maneras equivalentes:

• Es la razón de la densidad de una sustancia a la densidad del agua a 4 °C.
• Es la razón del peso específico de una sustancia al peso específico del agua a 4 °C.

Nota: La gravedad específica es una cantidad adimensional.

Conceptos de Presión en Fluidos

Presión: Se define como la cantidad de fuerza que se ejerce sobre una unidad de área de alguna sustancia.

Presión absoluta: Es la presión de un sistema medido con referencia al vacío absoluto (ausencia total de materia). La presión absoluta nunca es negativa.

Presión manométrica: Es la presión medida en relación con la presión atmosférica local. Se calcula como la diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica (Presión manométrica = Presión absoluta - Presión atmosférica).

Fenómenos y Principios Clave

Tensión superficial: Se mide como el trabajo por unidad de área que se requiere para llevar las moléculas desde el interior del líquido hasta su superficie.

Principio de Pascal

Establece que la presión ejercida sobre un fluido incompresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido.

Prensa hidráulica: Es una máquina que funciona basada en el Principio de Pascal. Se acciona mediante un émbolo introducido en un cilindro lleno de líquido para multiplicar la fuerza.

Principio de Arquímedes

Es un principio físico que afirma que:

Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido estático será empujado con una fuerza vertical hacia arriba (empuje) igual al peso del volumen de fluido desplazado por dicho objeto.

De este modo, cuando un cuerpo está sumergido en el fluido, se genera un empuje hidrostático resultante de las presiones sobre la superficie del cuerpo. Este empuje actúa siempre hacia arriba, a través del centro de gravedad del fluido desplazado, y su valor es igual al peso del fluido desplazado.

Tipos y Modelos de Fluidos

Fluidos Ideales

Un fluido ideal es un modelo teórico que cumple las siguientes características:

1. Fluido no viscoso: Se desprecia la fricción interna (viscosidad) entre las distintas partes del fluido.
2. Flujo estacionario: La velocidad del fluido en cualquier punto fijo es constante con el tiempo.
3. Fluido incompresible: La densidad del fluido permanece constante en todo momento y lugar.
4. Flujo irrotacional: No presenta torbellinos, es decir, no hay momento angular del fluido respecto de cualquier punto. Las partículas siguen trayectorias suaves sin rotar sobre sí mismas.

Fluidos Reales y su Comportamiento

Fluido incompresible: En la práctica, considerar un fluido como incompresible es una aproximación. Se dice que el flujo es incompresible si la densidad permanece aproximadamente constante a lo largo de todo el flujo. Muchos líquidos pueden tratarse como incompresibles bajo condiciones normales.

Fluido newtoniano: Es un fluido cuya viscosidad puede considerarse constante a una temperatura dada, independientemente de la tensión cortante aplicada o la velocidad de deformación. Los fluidos newtonianos son uno de los tipos de fluidos más sencillos de describir. La curva que muestra la relación entre el esfuerzo cortante y su velocidad de deformación es lineal.

Fluido no newtoniano: Es aquel fluido cuya viscosidad varía con la temperatura y/o con la tensión cortante que se le aplica. Como resultado, un fluido no newtoniano no tiene un valor de viscosidad definido y constante, a diferencia de un fluido newtoniano. Su comportamiento esfuerzo-deformación no es lineal.