ANTECEDENTES Y PRECURSORES DE LA HIDROSTÁTICA Y LA HIDRODINÁMICA

ANTECEDENTES Y PRECURSORES DE LA HIDROSTÁTICA Y LA HIDRODINÁMICA

Se conoce como Hidrostática al estudio del comportamiento de los líquidos en equilibrio, es decir cuando no hay fuerzas que alteren el estado de reposo o movimiento del líquido, mientras que la Hidrodinámica estudia los fluidos en movimiento; este estudio se lleva acabo describiendo las propiedades de los fluidos, como: densidad y velocidad, pero para conocer como tal estos conceptos y estudios, muchos científicos tuvieron que intervenir previamente, a continuación se mencionan los científicos que permitieron llegar a lo que hoy conocemos como Hidrostática e Hidrodinámica.

Arquímedes

De acuerdo a Vitruvio, arquitecto de la antigua Roma, en 212 a.C, Hieron II, tirano gobernador de Siracusa, le pidió a Arquímedes determinar si una nueva corona triunfal habría sido fabricada con oro sólido si el orfebre que creía deshonesto, le había agregado plata.

Arquímedes tenía que resolver dicho problema sin dañar la corona (ya que su vida estaba en juego) así que no podía fundirla y convertirla en un cuerpo regular para calcular su densidad. Mientras tomaba un baño, notó que el nivel de agua subía en la bañera cuando entraba, y así se dio cuenta de que ese efecto podría usarse para determinar el volumen de la corona. Debido a que la compresión del agua seria despreciable, al ser sumergida la corona, desplazaría una cantidad de agua proporcional a la de su volumen. Al dividir la masa de la corona por el volumen por el volumen de agua desplazada, se podría obtener la densidad de la corona. La densidad de la corona sería menor si otros metales más baratos y menos densos se hubieran añadido. Entonces, Arquímedes, tan emocionado estaba por su descubrimiento que salió corriendo desnudo por las calles, gritando ¡“EUREKA”!(¡Lo he encontrado!, en antiguo griego).Dicha observación permitió llevar acabo el principio de Arquímedes:

De acuerdo con el principio de Arquímedes, el empuje (E) se puede expresar como:

Donde, m es la masa y V el volumen.

El empuje actúa verticalmente hacia arriba y se puede considerar aplicado en el centro de gravedad del fluido desalojado por el cuerpo (siempre que el cuerpo esté rodeado por fluido, para que la fuerza de empuje sea vertical).Ese punto recibe el nombre de centro de flotación o de caren.

Leonardo Da vinci

Aproximadamente en el año 1480-1490, Se interesó por el flujo que corre a través de los cuerpos, su forma y tipos. Lo único que se encontró como prueba de dichos estudios fue sus bosquejos y algunos dibujos de las distintas trayectorias del movimiento del fluido como un sólido respecto a un eje el cual llamamos movimiento de vórtice hoy día. Otros experimentos que fueron de gran representación fueron los de vasos comunicantes en los cuales trabajo mucho las densidades de distintos líquidos, de allí fue llevado a los descubrimientos del principio de continuidad, siguió estudiando los vórtices y las estelas; al realizar este experimento usaba pequeños modelos, por lo tanto tuvo la oportunidad de experimentar con diferentes velocidades y de allí el cambio de velocidad a través de distintas secciones, prácticamente su interés por la visualización de los fluidos lo llevaron a especializarse en este campo de los fluidos a través de cuerpos.

Giambattista Benedetti

El 20 de Enero de 1590, Introduce el concepto de “gravedad absoluta” o “peso de gravedad en especie” actualmente conocido como peso específico en su obra titulada:Diversarum speculationum mathematicarum et physicarum liber (libro de varias especulaciones matemáticas y físicas).

Dicho libro menciona el siguiente tratado: “Un prisma de materia más ligera que el agua, que descanse en un recipiente en el cual se vaya echando agua, se levantara solo en cuanto el agua sobrepase una elevación tal que su proporción a la altura del prisma sea igual a la que subsiste entre los dos pesos específicos, del sólido y del agua”.

Simon Stevin

En 1620, Este Ingeniero y matemático Holandés se inclinó por responder la mayoría de interrogantes que se crearon Da Vinci y Benedetti en el campo de los fluidos como el estudio de la presión, su distribución, direccionamiento y las fuerzas en paredes inclinadas y verticales. Era consciente del hecho que en un punto dado las presiones en las superficies horizontales y verticales serían las mismas, esta demostración lo llevo a probar los flujos de distribución lineal a través del flujo vertical. Por medio de un axioma el cual dice” Cualquier volumen de agua puede ser sustituido por un cuerpo sólido teniendo la misma forma y densidad sin afectar las condiciones de equilibrio”. Este axioma lo podemos conocer ahora como el de “Solidificación”.

Santorio

El 22 de febrero de 1636, Inventó la balanza hidrométrica, ideada para medir la velocidad de la corriente.

Pascal

El hecho de que los fluidos en equilibrio transmiten la presión sin modificar su intensidad fue establecido por el físico matemático francés Blaise Pascal (1623-1662) y se conoce como principio de Pascal:

Galileo Galilei

El 8 de enero de 1642, Inventó la balanza hidrostática, dicha balanza es un mecanismo experimental destinado al estudio de la fuerza de impulso ejercida por fluidos sobre los cuerpos en ellos inmersos. Su funcionamiento se basa en el principio de Arquímedes y está principalmente concebida para la determinación de densidades de sólidos y líquidos.

Benedetto Castelli; Antonio Castelli

El 9 de abril de 1643, Destaca su obra que habla sobre las medidas de agua corrientes y desarrolla el principio de la conservación de la masa aplicada al escurrimiento de los fluidos, a través de un volumen de control, desarrollando su ecuación de la continuidad.

Evangelista Torricelli

El 25 de octubre de 1647, realizó un experimento barométrico y lanzó su teorema, dicho teorema dice que la velocidad del chorro que sale por un único agujero en un recipiente es directamente proporcional a la raíz cuadrada de dos veces el valor de la aceleración de la gravedad multiplicada por la altura a la que se encuentra el nivel del fluido a partir del agujero, matemáticamente expresado:

V=raíz cuadrada ((2*g)*(h))

Edme Mariotte

El 12 de mayo de 1648, Estudió la compresión de los gases y llegó a descubrir la ley hoy conocida como ley de Boyle-Mariotte: A temperatura constante, el volumen de un gas es proporcionalmente inverso al de la presión. Dicho de otro modo el producto de la presión por el volumen es constante cuando la temperatura no varía.

También llevo a cabo estudios en el seno de un rio; donde realizó diversas investigaciones consistentes y sistemáticas en el campo de la mecánica de fluidos. Chorros de agua.

Marin Mersenne

El 1ro de septiembre de 1648, Se encargó de intercambiar información con diversos científicos, se encargó la traducción de las obras de Euclides, Arquímedes y otros matemáticos griegos.

René Descartes

El 11 de febrero de 1650, Propuso el sistema de red cartesiano para todas las ciencias que consiste en descomponer los problemas complejos en partes progresivamente sencillas hasta hallar sus elementos básicos, realizó pequeños trabajos en la física como: la presión del agua en un vaso y sobre la caída de una piedra en el vacío.

Niccoló Cabeo

El 30 de Junio de 1650, Inventa el asta hidrométrica para medir la velocidad media del agua en canales.

Isaac Newton

Exploró varios aspectos de la resistencia de fluido inercial, viscosidad y onda; descubrió la contracción a chorro.

También indago en la fuerza de arrastre en fluidos que indica que cuando un objeto se mueve a través de un fluido como el aire o el agua, sufre una fuerza de resistencia o arrastre que se opone a su movimiento. Estas fuerzas son manifestaciones macroscópicas de las interacciones de las moléculas del cuerpo con las del medio que lo rodea.

La fuerza de arrastre depende de:

La forma y el tamaño del objeto.

Las propiedades del fluido.

La velocidad del objeto respecto al fluido.

Vicenzo Viviani

El 22 de septiembre de 1703, Estudió en Florencia, Italia diversos temas, desde el cauce de los ríos hasta la resistencia de los materiales.

Domenico Guglielmini

El 27 de Julio de 1710, Padre de la hidráulica fluvial o ingeniería de ríos, explica los patrones naturales de los causes de los ríos, aquí empieza la hidrología.

Jacop Leupold

El 12 de enero de 1727, Inventó la rueda de paletas, para medir la velocidad superficial del agua.

Daniel Bernoulli

Denominado el padre de la mecánica de los fluidos. En 1738 publica su obra “Hidrodinámica” en la que describe lo siguiente:

Describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una línea de corriente, expresa que un fluido sin viscosidad ni rozamiento en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido. La energía de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes:

Cinético: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido.

Potencial gravitacional: es la energía debido a la altitud que un fluido posea.

Energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee.

La ecuación conocida como ecuación de Bernoulli consta de estos términos.

(V^2 ρ)/2+P+ρgz

Donde:

V=velocidad

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