Variantes diatopicas

FLUIDOS  EN MOVIMIENTO:

• El movimiento de un fluido es denominado flujo.
• Este puede ser extremamente complejo, como se puede visualizar en las corrientes de un rio o en las llamas de una fogata.
• En algunas ocasiones se pueden representar como modelos idealizados relativamente simples.

CONDICIONES PARA QUE LAS LEYES DE HIDROMECÁNICA SE PUEDAN EXPRESAR DE MANERA SENCILLA:

Leonard Euler fue de los primeros en reconocer que las leyes dinámicas para los fluidos solo se pueden expresar de manera relativamente sencilla , si suponemos claramente que el fluido es incompresible e ideal , que quiere decir esto , que se pueden despreciar los efectos del rozamiento y la viscosidad. Por esto, la principal características de un fluido ideal es que es incomprensible y que no tiene fricción interna.

Los líquidos la mayoría de las veces aproximadamente incomprensibles, pero también podemos tratar un gas como incomprensible si las diferencias de presión de una región a otra no son muy grandes.

• Con incomprensible se refiere a que la densidad del fluido no cambia.

La fricción interna de un fluido provoca esfuerzos de corte cuando dos capas de fluido adyacente tienen movimiento relativo, como cuando el aceite fluye o cualquier luido fluye dentro de un tubo o alrededor de un obstáculo.

En algunos casos, solo en, algunos casos  podemos ignorar aquellas fuerzas de corte si las comparamos con las fuerzas debidas a la gravedad y a diferencias de presión.

• La fricción interna está relacionada con la viscosidad del fluido.

CLASIFICACION DE LOS FLUJOS DE UN FLUIDO:

• El camino de una partícula individual en un fluido en movimiento es denominado línea de flujo.
• Por ende, si la distribución global del flujo no cambia con el tiempo, tenemos un flujo estable.

En un flujo estable:

• Cada elemento que pasa por algún punto dado sigue la misma línea de flujo.
• Si se da el caso anterior el mapa de las velocidades del fluido en variados puntos del espacio permanece constante.

Otro de los conceptos importantes es el del llamado línea de corriente, esta es una curva tangente en cualquier punto y tiene la dirección de la velocidad del fluido en ese punto.

¿QUÉ SUCEDE SI LAS LINEAS DE CORRIENTE NO COINCIDEN CON LAS DE FLUJO?

Si ocurre esto, indica que la distribución de flujo cambia con el tiempo.

Las líneas de flujo que pasan por el borde de un elemento de área imaginario forman un tubo llamado tubo de flujo.

• En un flujo estable el fluido no puede atravesar las paredes laterales de un tubo de flujo
• Los fluidos de diferentes tubos de flujo no pueden mezclarse

En resumen, los flujos se clasifican en:

• Laminar: Ocurre cuando las moléculas de un fluido en  movimiento siguen trayectorias paralelas.
• Turbulento: Ocurre cuando las moléculas de un fluido en movimiento se cruzan y producen un flujo inestable, es decir, cuando las partículas del fluido se mueven en trayectorias muy irregulares.

CARACTERISTICAS DE UN FLUIDO IDEAL:

En un fluido ideal se deben considerar cuatro características para su flujo:

• Flujo constante: implica que todas las partículas de un fluido tienen la misma velocidad al pasar por un punto dado. También        puede describirse como un flujo liso o regular o en régimen     estacionario.

• Flujo irrotacional: implica que un elemento de fluido (un volumen pequeño de fluido) no posee velocidad angular neta, lo que evita la posibilidad de remolinos.

• Flujo no viscoso: implica que la viscosidad es insignificante, es decir, la fricción interna o resistencia a fluir es insignificante.

• Flujo incomprensible: implica que la densidad del fluido es constante. Los líquidos, por lo general, se consideran incomprensibles; en cambio, los gases son muy comprensibles. No obstante, existen excepciones, como el aire que fluye alrededor de las alas de un avión en vuelo.

ECUACION DE BERNOULLI:

                                                                                                                                                              1 Formulación de la ecuación

La ecuación de Bernoulli describe el comportamiento de un fluido bajo condiciones variantes y tiene la forma siguiente:

2 Parámetros

En la ecuación de Bernoulli intervienen los parámetros siguientes:

• [pic 2]: Es la presión estática a la que está sometido el fluido, debida a las moléculas que lo rodean
• [pic 3]: Densidad del fluido.
• [pic 4]: Velocidad de flujo del fluido.
• [pic 5]: Valor de la aceleración de la gravedad ([pic 6] en la superficie de la Tierra).
• [pic 7]: Altura sobre un nivel de referencia.

3 Aplicabilidad

Esta ecuación se aplica en la dinámica de fluidos. Un fluido se caracteriza por carecer de elasticidad de forma, es decir, adopta la forma del recipiente que la contiene, esto se debe a que las moléculas de los fluidos no están rígidamente unidas, como en el caso de los sólidos. Fluidos son tanto gases como líquidos.

Para llegar a la ecuación de Bernoulli se han de hacer ciertas suposiciones que nos limitan el nivel de aplicabilidad:

• El fluido se mueve en un régimen estacionario, o sea, la velocidad del flujo en un punto no varía con el tiempo.
• Se desprecia la viscosidad del fluido (que es una fuerza de rozamiento interna).
• Se considera que el líquido está bajo la acción del campo gravitatorio únicamente.

4 Efecto Bernoulli

El efecto Bernoulli es una consecuencia directa que surge a partir de la ecuación de Bernoulli: en el caso de que el fluido flujo en horizontal un aumento de la velocidad del flujo implica que la presión estática decrecerá.

Un ejemplo práctico es el caso de las alas de un avión, que están diseñadas para que el aire que pasa por encima del ala fluya más velozmente que el aire que pasa por debajo del ala, por lo que la presión estática es mayor en la parte inferior y el avión se levanta.

5 Tubo de Venturi

El caudal (o gasto) se define como el producto de la sección por la que fluye el fluido y la velocidad a la que fluye. En dinámica de fluidos existe una ecuación de continuidad que nos garantiza que en ausencia de manantiales o sumideros, este caudal es constante. Como implicación directa de esta continuidad del caudal y la ecuación de Bernoulli tenemos un tubo de Venturi.

Un tubo de Venturi es una cavidad de sección [pic 8] por la que fluye un fluido y que en una parte se estrecha, teniendo ahora una sección[pic 9]. Como el caudal se conserva entonces tenemos que[pic 10]. Por tanto:

Si el tubo es horizontal entonces[pic 12], y con la condición anterior de las velocidades vemos que, necesariamente, [pic 13]. Es decir, un estrechamiento en un tubo horizontal implica que la presión estática del líquido disminuye en el estrechamiento.

6 Breve historia de la ecuación

Los efectos que se derivan a partir de la ecuación de Bernoulli eran conocidos por los experimentales antes de que Daniel Bernoulli formulase su ecuación, de hecho, el reto estaba en encontrar la ley que diese cuenta de todo esto acontecimientos. En su obra Hydrodynamica encontró la ley que explicaba los fenómenos a partir de la conservación de la energía (hay que hacer notar la similitud entre la forma de la ley de Bernoulli y la conservación de la energía).

Posteriormente Euler dedujo la ecuación para un líquido sin viscosidad con toda generalidad (con la única suposición de que la viscosidad era despreciable), de la que surge naturalmente la ecuación de Bernoulli cuando se considera el caso estacionario sometido al campo gravitatorio.

INFORMACION COMPLEMENTARIA:

¿Por qué vuelan los aviones? ¿Por qué los autos de carrera usan alerones traseros? ¿Por qué existen líneas de seguridad amarillas y/o rojas en el metro de Santiago? Increíblemente, las respuestas a estas y otras preguntas se pueden dar a través de la Ley de Bernoulli. El principio básico es que si un fluido se mueve con mayor rapidez, la presión que este ejerce sobre el cuerpo es menor. Por ejemplo, en un avión, la geometría de las alas produce que, cuando corta el aire a una cierta velocidad, el aire que pasa por la parte superior tenga una rapidez mucho mayor que la del aire que pasa por la parte inferior, luego la presión en la cara superior es mucho menor que en la cara inferior. Esta diferencia de presión genera una fuerza llamada fuerza de sustentación que contrarresta el peso del avión y lo mantiene en el aire.

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