Hidrodinamica

Hidrodinámica

El capítulo que trata del estudio de los líquidos en movimiento se denomina hidrodinámica.

Para el estudio de este capítulo suponemos que no existen razonamientos que perturben los movimientos del líquido.

Heráclito, en la Grecia del siglo V a.C, decía que este fluir constante era lo verdaderamente esencial a la naturaleza. Se le atribuye la frase:

“No es posible bañarse dos veces en el mismo rio, porque ni el rio ni quien se baña serian lo mismos. Nada es, todo fluye.”

Este enunciado es también aplicable al estudio de los materiales: se puede afirmar que dadas determinadas condiciones físicas todo material puede fluir.

Los principios básicos sobre el movimiento de fluidos se desarrollaron entre los siglos XVI y XIX, como resultado del trabajo de gran cantidad de científicos: Galileo Galilei, Torricelli, Pascal, Bernoulli, Reynolds, Venturi, Poiseuille y Prandtl, para mencionar solo algunos.

La comprensión precisa del fenómeno del flujo de la materia es de gran importancia tanto desde el punto de vista científico como desde el de sus aplicaciones prácticas.

Para el estudio de la hidrodinámica normalmente se consideran tres aproximaciones importantes:

que el fluido es un líquido incompresible, es decir, que su densidad no varía con el cambio de presión, a diferencia de lo que ocurre con los gases,

se considera despreciable la pérdida de energía por la viscosidad, ya que se supone que un líquido es óptimo para fluir y esta pérdida es mucho menor comparándola con la inercia de su movimiento;

se supone que el flujo de los líquidos es en régimen estable o estacionario, es decir, que la velocidad del líquido en un punto es independiente del tiempo.

La hidrodinámica tiene numerosas aplicaciones industriales, como diseño de canales, construcción de puertos y presas, fabricación de barcos, turbinas, etc.

Teorema de Torricelli

“La velocidad de salida de un líquido, por un pequeño orificio practicado en la pared delgada de un recipiente, es igual a la velocidad que hubiera adquirido al caer libremente en el vacío, desde la superficie libre del líquido hasta el nivel del orificio.”

Este teorema es una aplicación del principio de Bernoulli y estudia el flujo de un líquido contenido en un recipiente, a través de un pequeño orificio en recipientes de paredes delgadas, bajo la acción de la gravedad. El espesor de la pared provoca variaciones en la velocidad de caída por formación de torbellinos. A partir del teorema de Torricelli se puede calcular el caudal de salida de un líquido por un orificio.

Cuando un líquido se encuentra confinado dentro de un recipiente permanecerá estático y sin ningún cambio físico hasta que un factor afecte tales condiciones. El factor más común es la aplicación de una fuerza externa al arreglo, ya sea un poco de viento tocando la superficie del líquido, un insecto, una bomba que se ha encendido, etc. Al existir tal fuerza, se puede ver que el líquido se deforma muy fácilmente y si una parte de este, o todo, cambia de posición continuamente se dice que está fluyendo. Otro factor para que exista el flujo de un líquido es la presión ejercida entre sus moléculas sobre el recipiente que lo contiene; si se perfora un orificio en alguna parte del recipiente y por debajo del nivel del líquido, este empezará a fluir como producto del empuje de las moléculas que se encuentran por arriba. Por otro lado, ese flujo tendrá una velocidad proporcional a la presión ejercida por el líquido; un líquido sale más rápidamente cuando existe más cantidad de este que cuando un recipiente está casi vacío. Para el estudio de los fluidos se tienen que considerar entre otras cosas, la velocidad, la presión, el flujo y el gasto del fluido. También es necesario saber que el fluido es un líquido incomprensible, que es despreciable la perdida de energía por viscosidad y que el flujo de los líquidos es en régimen estable, es decir, que su velocidad es en cierto punto, independiente del tiempo. Torricelli se dio cuenta de tal situación y experimentó cómo la velocidad de un fluido era cada vez mayor mientras la presión lo era por igual.

Formula:

V = √2gh

v: velocidad de caída

g: aceleración de la gravedad

h: desnivel entre el orificio y la superficie libre del líquido.

La

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