Principios Fundamentales de la Mecánica de Fluidos y sus Aplicaciones

Principios Fundamentales de la Mecánica de Fluidos

Prensa Hidráulica

La prensa hidráulica es un mecanismo basado en el Principio de Pascal, conformado por vasos comunicantes impulsados por pistones de diferentes áreas. Mediante la aplicación de una pequeña fuerza sobre el pistón de menor área, permite obtener una fuerza considerablemente mayor en el pistón de mayor área.

Tensión Superficial

La tensión superficial es una fuerza que se debe a las interacciones (fuerzas de cohesión) entre las partículas de los líquidos. En la superficie, estas fuerzas son mayores que las presentes en el interior del líquido, lo que genera un efecto similar al de una "película elástica" difícil de atravesar y que tiende a minimizar la superficie libre del líquido.

• La temperatura afecta la separación entre las moléculas; al calentar el líquido, estas fuerzas se reducen.
• Es la responsable de la formación de gotas.
• El jabón disminuye la tensión superficial.

Interacción entre Líquidos y Superficies Sólidas

El comportamiento de los líquidos en contacto con superficies sólidas se rige por dos tipos de fuerzas:

• Fuerzas de Cohesión: Son las fuerzas de atracción entre partículas adyacentes de una misma sustancia (entre líquidos).
• Fuerzas de Adhesión: Son las fuerzas de atracción entre partículas adyacentes de distintas sustancias (entre líquidos y sólidos). Cuando dos elementos distintos están en contacto, sus moléculas se adhieren.

La interacción entre estas fuerzas determina el comportamiento del líquido, como si moja o no una superficie.

Capilaridad

La capilaridad es otro efecto que se observa en los líquidos, especialmente en tubos de diámetro muy pequeño (tubos capilares). Cuando un líquido se encuentra dentro de un tubo capilar, su comportamiento (ascenso o descenso) depende de si moja o no las paredes del tubo:

• Si el líquido moja las paredes de un tubo delgado, asciende (ejemplo: agua).
• Si el líquido no moja las paredes del tubo, desciende (ejemplo: mercurio).

Movimiento de Fluidos: Ecuación de Continuidad

Para comprender el movimiento de fluidos, a menudo se conceptualiza un "fluido ideal". Un fluido ideal es aquel en el que la cantidad de líquido que entra es igual a la que sale, es poco viscoso, incompresible y sin turbulencias.

El estudio de los fluidos, bajo condiciones constantes, llevó al descubrimiento de la Ecuación de Continuidad:

S x V = cte.

Esta ecuación relaciona la velocidad de un fluido (V) con el área de la sección (S) por la que pasa: a menor sección, mayor velocidad, y viceversa.

Efecto Bernoulli

El Efecto Bernoulli describe el comportamiento de un fluido en movimiento a lo largo de una corriente. Establece que cuando la velocidad de un fluido aumenta en un punto (por ejemplo, debido a una disminución de la sección por la que pasa), la presión en ese punto disminuye.

Ejemplos comunes incluyen el efecto en un tren o coche en movimiento, o el comportamiento de un paraguas con viento. En el caso del paraguas, el aire que fluye por encima se mueve más rápido que el aire estancado debajo, generando una menor presión arriba y, por lo tanto, una fuerza que lo empuja hacia arriba.

Efecto Magnus

El Efecto Magnus explica cómo la rotación de un objeto afecta su trayectoria al moverse a través de un fluido, como el aire. Cuando un cuerpo gira dentro de un fluido, se producen los siguientes efectos:

• Arrastra el fluido en la dirección de su giro.
• Modifica la velocidad del fluido a su alrededor.
• Altera la presión del fluido circundante.
• El cuerpo se desvía hacia la zona de menor presión.

Empuje Aerodinámico (Sustentación)

El Empuje Aerodinámico, también conocido como sustentación, se refiere a la fuerza perpendicular que experimenta un cuerpo colocado asimétricamente respecto a una corriente de fluido. Esta fuerza lo eleva si la parte delantera está más alta que la posterior, y lo hunde en caso contrario.

Un ejemplo claro es el despegue de un avión, donde la forma del ala genera sustentación. También se observa en helicópteros, donde las aspas, al estar ligeramente inclinadas, empujan el aire hacia abajo, generando una fuerza de sustentación hacia arriba.