domingo, 26 de septiembre de 2010

Mecánica de fluidos

1. La mecánica de fluidos es una rama de la mecánica de los medios continuos, y esta a su vez es una rama de la física que estudia el movimiento de los fluidos y las fuerzas que los provocan; los fluidos se dividen en Gases y líquidos, estos tienen una característica similar y es que son incapaces de resistir esfuerzos cortantes, y esto provoca que no tengan una forma definida.


 La mecánica de fluidos es fundamental en campos tan diversos como la aeronáutica, la ingeniería química , civil e industrial, la meteorología, las construcciones navales y la oceanografía.




(ENTRE LAS DIVERSAS FUNCIONES DE LA MECÁNICA DE FLUIDOS ESTA LA AERONÁUTICA, LA INGENIERÍA QUÍMICA, LA METEOROLOGÍA Y LA OCEANOGRAFÍA)



La mecánica de fluidos puede dividirse en dos aspectos importantes que son:


La  Estática de Fluidos : Que se ocupa de los fluidos en reposo, es decir sin que existan fuerzas que alteren su posición.

La Dinámica de Fluidos: Que se ocupa de los fluidos en movimiento, es decir que están bajo fuerzas que alteran su posición.


También está la Hidrodinamica, esté término se aplica al flujo de líquidos o al flujo de gases a baja velocidad, en el que puede considerar se que el gas es esencial mente incomprensible, La aerodinámica, o dinámica de gases, se ocupa del comportamiento de los gases cuando los cambios de velocidad y presión son lo suficiente mente grandes para que sea necesario incluir los efectos de la compresibilidad.
 Entre las aplicaciones de la mecánica de fluidos están la propulsión a chorro, las turbinas, los compresores y las bombas.



2.   PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS


Existen  dos  tipos de  propiedades en los fluidos  que pueden ser primarias y secundarias:
PROPIEDADES PRIMARIAS
Propiedades primarias o termodinámicas:
*Presión
*Densidad
*Temperatura
*Energía interna
*Entelapia
*Entropia
*Calores específicos
*Viscocidad

PROPIEDADES SECUNDARIAS
Caracterizan el comportamiento especifico de los fluidos.
*Viscocidad
*Conductividad térmica
*Tensión Superficial
* Compresión


 (En la exposición explicaremos cada una de las propiedades)


para conocer la mecánica de fluidos debemos primero saber que es un fluido.

Un fluido es una es una sustancia que se deforma constantemente en el tiempo, esto quiere decir que es muy sensible a fuerzas externas y no tiene una forma definida: entre los fluidos se encuentran los líquidos y los gases.


                                  3.  ESTÁTICA DE FLUIDOS




Según el investigador Jhon Miller '' La estática de los fluidos estudia las condiciones bajo las cuales un fluido está en reposo, es decir que por tanto no halla escurrimiento, entonces el fluido estará estático o se moverá como un cuerpo rígido, por tanto no habrá corte ; entonces como no hay fuerzas externas no importara si el fluido no tiene forma definida

3.1 HIDROSTÁTICA 

La hidrostática estudia los fluidos en reposo. entre los fluidos se incluyen a los líquidos y a los gases. Los fluidos que se presentan en la naturaleza presentan una viscosidad que dependiendo de las sustancias es alta o es baja, como por ejemplo la del agua y el aire es baja mientras que la miel y la glicerina poseen una viscosidad elevada.
Pero en la hidrostática no se tiene en cuenta la viscosidad porque esta se ocupa de los fluidos en reposo. Y la viscosidad únicamente se manifiesta cuando se mueven las sustancias.
Para estudiar la hidrostática se debe tener en cuenta la  presión y densidad.

3.1.2 Presión 






La presión es la magnitud que relaciona la fuerza con la superficie sobre la que actúa es decir:

P = F/A
Por la definición de presión vemos que su unidad debe estar dada por la relación entre una unidad de fuerza y una unidad de área. En el SI la unidad de fuerza es 1 N  y la del área, 1m². Entonces en este sistema la unidad de presión será 1 N/m².


3.1.3 Densidad o Masa específica. 






La densidad de un cuerpo se denomina por la letra ρ (ro) y se define de la siguiente manera:
la densidad o (masa específica) de un cuerpo es la relación entre su masa y su volumen, o sea:
ρ = m/V


Por la definición de densidad, ρ = m/V, observamos que la unidad de la densidad debe ser la relación entre una unidad de masa y una unidad de volumen. Por tanto, en el SI la unidad de ρ será 1kg/m³. En la practica es muy común el uso de otra unidad: 1g/cm³. Entonces demostramos que
 1g/cm³ = 10³ kg/m³


Ya sabido esto encontramos el principio de Arquimedes quien afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza que tiende a  impedir que el liquido se hunda ,esto explica por qué flota un barco muy cargado; el peso del agua desplazada por el barco equivale a la fuerza hacia arriba que mantiene el barco a flote. a esto se le llama empuje hidrostático ascendente

4. DINÁMICA DE FLUIDOS

Para el autor Gareth Williams se centra  principal mente a determinar la fricción que ofrece el mismo dependiendo del grado de viscosidad del mismo. Los fluidos ideales cuya viscosidad es nula o despreciable, en su comportamiento no se observa esfuerzos de corte y por lo tanto no existen fuerzas de fricción con las paredes de los sólidos. 

4.1 HIDRODINÁMICA 





Etimológicamente, la hidrodinámica es la dinámica del agua, puesto que el prefijo griego "hidro-" significa "agua". Aun así, también incluye el estudio de la dinámica de otros fluidos. Para ello se consideran entre otras cosas la velocidad, presión, flujo y gasto del fluido. 
El gasto o caudal es una de las magnitudes principales en el estudio de la hidrodinámica. Se define como el volumen de líquido ΔV que fluye por unidad de tiempo Δt. Sus unidades en el Sistema Internacional son los m3/s y su expresión matemática:
G=ΔV/Δt
Esta fórmula nos permite saber la cantidad de líquido que pasa por un conducto en cierto intervalo de tiempo o determinar el tiempo que tardará en pasar cierta cantidad de líquido.

Dentro de la Hidrodinamica también se encuentran los llamados flujos incomprensibles y sin rozamiento que cumplen el teorema de Bernoulli el cual afirma que la energía mecánica total de un flujo incompresible y no viscoso (sin rozamiento) es constante a lo largo de una línea de corriente. Las líneas de corriente son líneas de flujo imaginarias que siempre son paralelas a la dirección del flujo en cada punto, y en el caso de flujo uniforme coinciden con la trayectoria de las partículas individuales de fluido.  Hay que tener en cuenta que la velocidad aumenta cuando la presión disminuye.

 5. APLICACIONES Y RAMAS DE LA MECÁNICA DE FLUIDOS

La mecánica de fluidos se ha dividido en diferentes ramas que cubren diferentes aspectos de la ingeniería, la física, las matemáticas, etc. Están destinadas a solucionar problemas de la vida cotidiana así como para desarrollar nueva tecnología y descubrir nuevos campos de la ciencia es aquí donde nuestro grupo relaciona la física con la tecnología y la importancia de los artefactos que se han creado gracias a esta rama de la física.

AERODINÁMICA

Rama de la mecánica de fluidos que se ocupa del movimiento del aire y otros fluidos gaseosos, y de las fuerzas que actúan sobre los cuerpos que se mueven en dichos fluidos. Algunos ejemplos del ámbito de la aerodinámica son el movimiento de un avión a través del aire, las fuerzas que el viento ejerce sobre una estructura o el funcionamiento de un molino de viento.

SUPERSÓNICA



La supersónica, una rama importante de la aerodinámica, se ocupa de los fenómenos que tienen lugar cuando la velocidad de un sólido supera la velocidad del sonido generalmente en el aire que es el medio por el que se desplaza; muchas veces escuchamos de los aviones supersónicos que superan la velocidad del sonido, es decir mayor de 1.225 km/h



ONDAS DE CHOQUE



En la mecánica de fluidos, una onda de choque es una onda de presión abrupta producida por un objeto que viaja más rápido que la velocidad del sonido . Una de sus características es que el aumento de presión en el medio se percibe como explosiones.
entre los ejemplos relacionados con la tecnología están:

* Las bombas atómicas y sus ondas explosivas.
* Los aviones supersónicos que superan la velocidad del sonido.
* En la medicina se usan para destrozar los cálculos renales, técnica denomindada litroticia.

Actualmente su uso en medicina estética es conocido para el tratamiento de la celulitis y el efecto llamado "piel de naranja", mejorando a su vez notablemente la elasticidad de la piel y mejora del tono muscular.

TURBINAS

Las turbinas son unas maquinas por las cuales pasa un fluido de forma continua y dicho fluido le entrega su energía a través de un rodete con paletas.

Existen muchos tipos de turbinas pero entre las principales se encuentran: Las turbinas hidráulicas, turbinas térmicas, turbinas eólicas y turbinas submarinas.

COMPRESORES


Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y los vapores.  





5. ALGUNOS EJERCICIOS DE HIDROSTÁTICA Y DE HIDRODINÁMICA.


EJERCICIOS HIDROSTÁTICA:

1. Una estrella de neutrones tiene un radio de 10 Km, y una masa de 2×10³⁰ Kg .    ¿Cuanto pesaría un volumen de 1cm³ de esa estrella bajo la influencia de la atracción gravitacional en la superficie de la tierra?

Solución El peso debe calcularse multiplicando la masa por la aceleración de gravedad. En consecuencia debemos calcular la masa primero. Eso puede hacerse a través del concepto de densidad, puesto que: 

ρ= masa estrella / Volumen estrella
es decir, cada cm³ de la estrella tendrá una masa de 0.5×10¹² Kg, por lo tanto en la superficie de la tierra pesará:
W= (0.5×10¹² Kg) (9.8m/s²)= 0.5×10¹² N.
2. Calcula la presión que ejerce un cilindro de acero de 2Kg apoyado por una de sus bases que tiene 3cm de radio.  
Solución:  Necesitamos la fuerza que hace el cilindro sobre el apoyo, es decir su peso P=m.g = 2 x 9.8 = 19.6 N
Y tambien calculamos la superficie de apoyo que es un circulo de radio 0.03m, por tanto S = 0.00283 m².
Metemos esto en la formula de la presión y:
P= (F/S) = 19.6/0.00283 = 6926Pa 


 
video


2 comentarios:

  1. muy bueno , como en mi colegio me toca ahorita el miercoles exponer eso , me sirve de mucho gracias

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