Presentaci

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FLUIDOS Y TERMODINÁMICA
Se entiende por fluido a las sustancias que
tienen la capacidad de fluir, que no posee la
capacidad de conservar su forma ante la presencia
de fuerzas cortantes (líquidos y gases).
Un fluido es un conjunto de moléculas que se
distribuyen aleatoriamente y se mantienen unidas
gracias a las débiles fuerzas de cohesión que se
crean entre dichas moléculas y a las fuerzas
ejercidas por las paredes del recipiente.
ESTÁTICA DE FLUIDOS
MECÁNICA DE FLUIDOS
DINÁMICA DE FLUIDOS
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Estados de la Materia
Dependen de las condiciones físicas (presión,
temperatura, etc.) en que se encuentre (la
materia) en el momento en que se hace la
observación.
Sólido
Líquido
Fases
Gaseoso
Momento del impacto de una gota de agua en una
piscina hace un chapoteo formado la
característica corona".
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Las características de cada fase son determinadas
por la magnitud de las fuerzas de interacción
entre sus moléculas, las que a su vez, dependen
de la separación entre ellas.
Si la separación es suficientemente
grande (comparada con las dimensiones de la
molécula)
Gas
Gas Facilidad de compresión y de cambio de
forma. Ocupará el volumen del recipiente que lo
contiene.
Si la separación es muy pequeña (semejante a las
dimensiones de la molécula)
Sólido
Sólido Las fuerzas entre moléculas vecinas son
muy grandes y la sustancia tomará formas
determinadas, en algunos casos redes cristalinas,
en otros casos formas no definidas (amorfas).
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Estructura molecular del hielo.
Si la separación entre moléculas es
pequeña (mayor a las dimensiones de la molécula)
Líquido
De manera general se asume que los líquidos
ideales, no se comprimen y son perfectamente
elásticos
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Los aparatos destinados a comprobar esta
propiedad y a determinar su coeficiente de
compresibilidad son los piezómetros
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Mecánica de Fluidos Parte de la física que se
ocupa de la acción de los fluidos en reposo o en
movimiento, así como de las aplicaciones y
mecanismos de ingeniería que utilizan fluidos.
La aeronáutica La ingeniería química La
Ingeniería Civil La Ingeniería Industrial La
Meteorología Las Construcciones Navales La
Oceanografía.
Aplicaciones
La mecánica de fluidos puede subdividirse en dos
campos principales la estática de fluidos, o
hidrostática, que se ocupa de los fluidos en
reposo, y la dinámica de fluidos, que trata de
los fluidos en movimiento
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Apliquemos a los fluidos las leyes de la
mecánica estudiadas en el curso anterior, aunque
será necesario realizar antes algunas
definiciones atendiendo al hecho de que no
podemos seguir con el concepto de partícula
trabajaremos con los conceptos de densidad y
presión en lugar de los conceptos de masa y
fuerza.
Densidad Se entiende por densidad absoluta o
simplemente densidad de un fluido homogéneo, al
cociente entre la masa y el volumen de la
sustancia, expresada por tanto, en kilogramos por
cada metro cúbico (kg/m3) o en otras unidades
equivalentes.
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Peso Específico Se entiende por peso específico
absoluto, o simplemente peso específico (Pe), al
peso de una unidad de volumen de la sustancia,
expresado por tanto, en Newton por cada metro
cúbico o en otras unidades equivalentes
Se entiende por densidad relativa al cociente
entre la masa de la sustancia y la masa de un
volumen igual de agua.
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El peso específico relativo, es el cociente entre
el peso de la sustancia y el peso de un volumen
igual de agua
Otra forma de obtener la densidad relativa, que
se deriva de las ecuaciones anteriores, y
consiste en dividir la densidad de la sustancia
entre la densidad del agua.
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Presión Se entiende por presión sobre una
superficie a la fuerza por unidad de área que
actúa perpendicularmente a la superficie de tal
manera que se medirá en Newton por cada metro
cuadrado (denominado Pascal o Pa), o en cualquier
otra unidad equivalente.
Para casos en los que la fuerza es uniformemente
distribuida en toda la superficie
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Una característica fundamental de cualquier
fluido en reposo es que la fuerza ejercida sobre
cualquier partícula del fluido es la misma en
todas direcciones. Si las fuerzas fueran
desiguales, la partícula se desplazaría en la
dirección de la fuerza resultante. De ello se
deduce que la fuerza por unidad de superficie la
presión que el fluido ejerce contra las paredes
del recipiente que lo contiene, sea cual sea su
forma, es perpendicular a la pared en cada punto.
Si la presión no fuera perpendicular, la fuerza
tendría una componente tangencial no equilibrada
y el fluido se movería a lo largo de la pared.
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Consideremos un tubo de vidrio C, abierto por sus
dos extremos y sostengamos fija a uno de ellos
una lámina de vidrio L, con una cuerda H, como se
ve en la figura
Con la lamina de vidrio tapando uno de los
extremos del tubo C , introducimos el dispositivo
en un recipiente con un liquido de densidad r.
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Al introducirlo en el líquido y soltar la cuerda
H, se observa que la lámina permanece adherida al
tubo, como consecuencia de una fuerza Fe
producida por la presión del fluido sobre la
lamina de vidrio.
Observamos también que al sacar el tubo del
líquido, la lámina se suelta.
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Para calcular la forma en que cambia la presión
en un fluido en equilibrio, en función de la
profundidad (bajo la influencia de la fuerza de
atracción gravitacional), se considerará a un
fluido confinado en un recipiente como se observa
en la figura siguiente
La condición de equilibrio exige de acuerdo a la
estática, que todas las fuerzas que están siendo
aplicadas a este elemento, se anulen.
En la cara superior, a la profundidad Y, existe
una presión P, por tanto, hacia abajo existe una
fuerza
En la cara inferior, a la profundidad ydy existe
una presión PdP, por tanto hacia arriba existe
una fuerza
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También existe sobre el elemento de fluido una
fuerza hacia abajo, correspondiente al peso del
elemento
Debe cumplirse que
que nos proporciona la relación que existe entre
una variación diferencial de presión en relación
con una variación diferencial de profundidad
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Si tenemos un fluido incompresible r no cambia
con la profundidad por lo que tenemos
Si integramos entre el punto donde y 0 (donde
la presión es Pa, que puede ser la presión
atmosférica o en general, la que allí exista), y
el punto donde y h (donde la presión es P), se
tiene
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La Presión manométrica se define como la
diferencia entre la presión absoluta y la presión
atmosférica
La Presión absoluta puede también expresarse en
términos del peso específico.
La ecuación No 11 nos da el valor de la presión a
cualquier profundidad, a esta se la llama
Ecuación hidrostática.
Comentarios sobre La ecuación No 11.
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La Presión dentro de un fluido es función solo de
la profundidad y no del punto de aplicación.
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BAROMETRO
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PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES
Arquímedes, nacido en Grecia hacia el año 287
a.C., vivió hasta los 75 años de edad, es decir,
hasta el año 212 a.C.. Considerado el mas grande
matemático de la antigüedad. Los hechos más
relevantes de su vida, nos llegan a través de un
biógrafo romano llamado Plutarco.
El principio de Arquímedes tiene que ver con la
flotabilidad de los cuerpos inmersos en un fluido.
Este Principio se enuncia de la siguiente manera
Cuando un cuerpo está sumergido en un fluido,
éste ejerce sobre el cuerpo una fuerza hacia
arriba igual al peso del fluido desalojado por
él.
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Gráficamente, éste Principio nos dice lo
siguiente
Cuando un cuerpo es capaz de flotar sobre la
superficie de un fluido, podemos deducir que el
sistema esta en equilibrio, ya que el bloque
permanece en reposo. Esto implica que las fuerzas
actuando sobre el bloque están equilibradas.
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Entonces
Sean
Recuerde que
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De esta relación llegamos a la expresión
siguiente
Donde podemos apreciar que existe una relación
directa entre la razón de la densidad del bloque
(que flota) y la densidad del fluido y la razón
entre el volumen de fluido desalojado y el
volumen total del bloque.
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Conclusiones

• Dado que el bloque flota sobre el fluido, se
  tiene que Vfd lt Vb, por lo tanto su razón es
  siempre menor o igual a 1.
• De lo anterior se deduce que la razón entre la
  densidad del bloque a la densidad del fluido,
  debe ser también menor o igual que 1.
• De esto, se tiene que rb lt rfd
• Por lo tanto, para que un bloque pueda flotar
  sobre un fluido, es necesario que su densidad sea
  menor que la de éste.

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Estas conclusiones fueron posteriormente
retomadas por Galileo en sus estudios sobre la
flotabilidad de los cuerpos. Galileo, al igual
que Arquímedes, concluyó que la flotabilidad era
una consecuencia de la relación entre las
densidades, siendo la del objeto menor a la del
fluido sobre el que flotaba.
Antiguamente, las ideas Aristotélicas (384 a.C. a
322 a.C.) predominaban en el campo de las
ciencias naturales, Aristóteles era considerado
como el gran maestro.
Sus teorías sobre la flotabilidad de los cuerpos
decían que ésta propiedad era función única de la
geometría. Cuerpos con geometría regular flotan y
cuerpos con geometría irregular no lo harán.
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)