Glosario de Física: Propiedades de Fluidos, Principios Hidráulicos y Transferencia de Calor
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Mecánica de Fluidos: Conceptos Fundamentales
La mecánica de fluidos es una rama de la física que estudia el comportamiento de los fluidos (líquidos y gases) en reposo o en movimiento, así como las fuerzas que actúan sobre ellos. A continuación, se presentan algunos conceptos clave:
Viscosidad
La viscosidad es una propiedad de los fluidos que mide su resistencia interna al flujo. Se manifiesta como una fricción entre las capas del fluido en movimiento. Por ejemplo, la miel es mucho más viscosa que el agua.
Tensión Superficial
La tensión superficial es el fenómeno por el cual la superficie libre de un líquido se comporta como si fuera una membrana elástica o molecular tensa. Esto permite que objetos ligeros, como un mosquito, puedan posarse sobre el agua sin hundirse.
Cohesión
La cohesión es la fuerza de atracción molecular que mantiene unidas las partículas de una misma sustancia. Es la responsable de que las gotas de agua mantengan su forma.
Adherencia
La adherencia es la atracción molecular que se produce entre las superficies de dos cuerpos diferentes puestos en contacto. Un ejemplo claro son las gotas de agua que se adhieren a las paredes de un vaso.
Capilaridad
La capilaridad es una propiedad física que permite a un líquido ascender o descender a través de un tubo capilar (de diámetro muy pequeño) debido a la combinación de las fuerzas de cohesión y adhesión. Es el principio por el cual un popote (pajita) puede "absorber" líquido o cómo el agua sube por los tejidos de una planta.
Hidráulica
La hidráulica es la rama de la ingeniería y la física que estudia el comportamiento del agua y otros líquidos, ya sea en reposo o en movimiento, y su aplicación en sistemas y máquinas.
Hidrostática
La hidrostática es la parte de la física que estudia los fluidos (líquidos y gases) en estado de reposo, analizando las presiones que ejercen y las fuerzas que actúan sobre ellos.
Peso Específico
El peso específico (γ) es la razón entre el peso de una sustancia y el volumen que ocupa. Se expresa comúnmente en N/m³ o dyn/cm³.
Presión
La presión (P) es la razón de una fuerza normal (perpendicular) aplicada sobre un área determinada. Se calcula como P = F/A y se mide en Pascales (Pa).
Principio de Pascal
El Principio de Blaise Pascal establece que la presión aplicada a un fluido incompresible y encerrado se transmite con la misma intensidad a cada punto de este y a las paredes del recipiente que lo contiene. Este principio es la base de los sistemas hidráulicos.
Principio de Arquímedes
El Principio de Arquímedes postula que todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido experimenta un empuje vertical hacia arriba igual al peso del fluido desalojado. Este empuje es lo que permite a los barcos flotar.
Hidrodinámica
La hidrodinámica es la parte de la física que estudia los líquidos en movimiento, considerando su velocidad, flujo y las fuerzas que los afectan.
Flujo
El flujo (o flujo másico) es la cantidad de masa de un fluido que atraviesa el área de la sección transversal de un tubo por unidad de tiempo (por segundo). Se mide en kg/s.
Gasto
El gasto (o caudal volumétrico) es el volumen de un fluido que atraviesa el área de la sección transversal de un conducto por unidad de tiempo (en un segundo). Se mide en m³/s.
Principio de Continuidad
El Principio de Continuidad establece que, para un fluido incompresible que fluye por una tubería, el gasto se mantiene constante a lo largo de la misma, sin importar que existan cambios en el diámetro de la tubería. Esto significa que la velocidad del fluido aumenta donde el área disminuye.
Teorema de Torricelli
El Teorema de Torricelli, formulado por Evangelista Torricelli, permite calcular la velocidad de salida de un líquido a través de un orificio en un recipiente, bajo la acción de la gravedad. Es una aplicación del Principio de Bernoulli.
Termodinámica: Conceptos de Calor y Dilatación
La termodinámica es la rama de la física que estudia las relaciones entre el calor y otras formas de energía. A continuación, se definen conceptos fundamentales relacionados con el calor y la dilatación térmica:
Calor
El calor es la energía térmica en tránsito que fluye de un objeto de mayor temperatura a otro de menor temperatura debido a una diferencia térmica. No es una propiedad intrínseca de un cuerpo, sino una transferencia de energía.
Caloría
La caloría (cal) es una unidad de energía. Se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua de 14.5 °C a 15.5 °C a la presión de una atmósfera.
Conducción
La conducción es el proceso por el cual el calor se transmite a lo largo de un cuerpo o entre cuerpos en contacto directo, mediante colisiones moleculares y la transferencia de energía cinética entre partículas adyacentes, sin transferencia de masa.
Convección
La convección es el proceso de transferencia de calor que ocurre en fluidos (líquidos y gases) debido al movimiento de las masas calientes del propio fluido. Las corrientes de convección transportan energía térmica.
Radiación
La radiación es el proceso por el cual el calor se transmite mediante la emisión continua de energía en forma de ondas electromagnéticas desde la superficie de los cuerpos. No requiere un medio material para su propagación.
Coeficiente de Dilatación Lineal
El coeficiente de dilatación lineal (α) es la variación de longitud por unidad de longitud inicial de un material cuando experimenta un cambio de un grado en su temperatura. Se expresa en °C⁻¹ o K⁻¹.
Coeficiente de Dilatación Superficial
El coeficiente de dilatación superficial (β) es la variación de la superficie por unidad de área inicial de un material cuando experimenta un cambio de un grado en su temperatura. Generalmente, β ≈ 2α.
Coeficiente de Dilatación Volumétrica
El coeficiente de dilatación volumétrica (γ) es la variación de volumen por unidad de volumen inicial de un material cuando experimenta un cambio de un grado en su temperatura. Generalmente, γ ≈ 3α.