Fluido
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La materia prima, se presenta en la naturaleza en cuatro estados físicos: sólidos, líquidos, gaseosos, y plasma, las partículas que forman un cuerpo en estado sólidos, ocupan posiciones fijas, tamaño y forma definidos. Los estados líquidos y gaseosos no tienen forma fija, sino que adquieren la del recipiente, que los contiene; sus partículas puede fluir, por eso se llama fluido, en cuanto el plasma está constituido por un fluido obtenido mediante la completa ionización de un gas, inicialmente neutro, a temperaturas muy elevadas: su localización no se puede realizar, con recipientes convencionales, sino que requiere el concursos de campos magnéticos.
Estática de fluidos.
A diferencia de los gases, los líquidos poseen forman propia en su superficies libre, que en general, es llana y horizontal curvándose ligeramente en las cercanías de las paredes del recipiente que lo contiene, formando un menisco cóncavo o convexo, según la naturaleza del líquido y del material que constituya donde está contenido, el volumen de los líquidos varia poco con las condiciones de presión y temperatura, por lo que se dice, que son incompresibles. Los gases, debidos a la gran movilidad, que tiene sus moléculas, son expansibles.
Presión hidrostática.
Partiendo de la presión como la fuerza, que actúa sobre la unidad de superficie, se mide N/m², unidad de pascal, en donde la presión que existe en el punto cualquiera del interior de un líquido, es debido al peso del líquido, que hay por encima de él. El valor de la presión hidrostática en un punto se puede hallar multiplicando la distancia, que hay hasta la superficies bien sea su profundidad.
Peso específico absoluto.
En el estudio de las presiones que ejercen los fluidos en reposo es necesario conocer la densidad o el peso específico absoluto del fluido, a continuación tenemos la siguiente relación:
d= m/v; donde m es igual a la masa de la sustancia, v al volumen que ocupa, d la densidad.
Pero el peso de la sustancia es (m)(g)= P, donde g es la gravedad, se considera lo siguiente d.g= m.g/V, sustituyendo la relación del peso nos queda:
d.g= P/V.
En términos físico, el peso específico absoluto de una sustancia, representa el peso de la unidad.
Si p1 y p2, son las presiones en dos puntos de una masa fluida en reposo, de peso específico en P y la distancia vertica, que separa a dichos puntos es h, se cumple que p2-p1= P.h. (Imagen elaborada por @coolxxx)
Tenemos el siguiente ejercicio.
Un recipiente cilíndrico de radio R = 8cm, contiene glicerina de peso específico absoluto p = 1,32/cm³, hasta una altura h = 40 cm. Cuál será el peso de la glicerina en kp.
Datos.
R = 8 cm
h = 40 cm
p = 1,32/cm³
P =?
Solución.
P= p.v
V= base x altura
V= pi. R² . h= 3,14 x 64 cm² x 40 cm
V= 8038,4 cm³
P= 1,32 p/cm³ x 8038,4 cm³
P= 10610,688 p = 10610,688 kp
P= 10610,688 kp
Principio de pascal.
Para explicarlo, consideremos un punto A, en la superficie libre de un líquido en reposo y otro punto b, en el seno del líquido, separado del primero por la distancia vertical h.
Pn= pA + p.h, de tal forma que actúa sobre el émbolo con una fuerza tal que la presión en A, sea pA + p, es necesario, para que la ecuación no altere, la presión en B, sea pn + p, este resultado se conoce con el nombre del principio de pascal y se enuncia de la siguiente manera:
Toda variación de presión, en un punto de una masa fluida en equilibrio, se trasmite íntegramente a todos los otros puntos, de la masa fluida y a las paredes del recipiente que lo contiene.
Si la presión en un punto A de una masa fluida, en reposo se aumenta en cantidad p, deacuerdo con la ecuacion general de la hidrostática, se tendrán que la presión en un punto B, situado a la profundidad h, aumenta la misma cantidad p, este resultado se conoce con el nombre de principio de Pascal.( imagen elaborada por @coolxxx)
El principio de Arquímedes.
Un objeto sumergido en un fluido está sometido a una fuerza de dirección vertical y sentido hacia arriba, llamada empuje, cuya magnitud equivale al peso del fluido desplazado. Una consecuencia inmediata de este principio de los cuerpos flotante, que pueden expresarse si un objeto flota en un líquido, el peso del objeto es igual al empuje, que ejerce el líquido sobre la porción sumergida del objeto.
Un objeto sumergido en un fluido esta sometido, a una fuerza de dirección vertical y sentido hacia arriba, llamad empuje, cuya magnitud equivale al peso del fluido desplazado.(Imagen elaborado por @coolxxx)
Presión atmosférica.
La tierra está rodeada por la atmósfera, que es una capa gaseosa constituida por una mezcla de gases, el peso de estos gases constituye la presión atmosférica, que se mide con unos aparatos llamados barómetros, ya que en la atmósfera, es el escenario de los fenómenos meteorológico, factores que determinan el tiempo atmosférico son la temperatura, la húmeda y los procesos adiabáticos, que son los procesos que se llevan a cabo sin intercambio de calor desde el sistema exterior.
Tenemos el siguiente esquema de un manómetro de líquidos, si la presión atmosférica es po, el peso específico del liquido P y el desnivel entre dos ramas del tubo h, se cumple que la presión del gas o vapor encerrado en el cilindro es p= po + P.h.(Imagen elaborada por @coolxxx)
Paradoja hidrostática.
Esta paradoja hace referencia en caso, en donde varios recipientes de diferentes formas y capacidad, cuyos fondos tienen las mismas áreas, en donde la fuerza, que un líquido ejerce sobre el fondo del recipiente, que lo contiene es independiente de la forma y capacidad del recipiente, siendo equivalente al peso de la columna liquida, que tiene por base el fondo del recipiente y por altura la distancia entre el fondo y el nivel libre del líquido.
La fuerza que ejercen el liquido sobre el fondo de estos cuatros recipientes, no depende de la forma del recipiente ni de su capacidad, va depender exclusivamente. del área en S del fondo, de la altura h entre el fondo y el nivel libre del liquido y del peso específico de este. (Imagen elaborada por @coolxxx)
En conclusión, gracias a los estudio de la mecánica de los fluido, se aplica mucho en el campos de la oceanografía para la construcciones navales entre otros.
En la industria automotriz, se aplica los principios del fluido, tanto en la dirección, los frenos, para garantizar más la seguridad y mejor funcionalidad mecánica, en la optimalización del uso de hidrocarburos.
También lo tenemos en: la prensa hidráulica, el gato, el freno, el ascensor y la grúa.
El principio de Arquímedes es importante en campo de la estática de fluidos, en la navegación naval y la fabricación de navíos.
Referencias bibliográficas consultadas.
WHITE , F. “Mecánica de fluidos" Ed. McGraw Hill ( 2008 ).
CRESPO , A. “Mecánica de fluidos” Ed. Thomson ( 2006 ).
BARRERO RIPOLL, A., PÉREZ-SABORID SÁNCHEZ-PASTOR, M. ‘’Fundamentos y aplicaciones de la Mecánica de Fluidos’’ Ed. McGraw Hill ( 2005 ).
LÓPEZ-HERRERA SÁNCHEZ, J. M., HERRADA GUTIÉRREZ, M. A., PÉREZ-SABORID SANCHEZ-PASTOR, M., BARRERO RIPOLL, A. “Mecánica de fluidos: problemas resueltos” Ed. McGraw Hill ( 2005 ).
ROCA VILA , R. “Introducción a la Mecánica de los fluidos" Ed. Limusa ( 1980 ).
Bauman R. P., Schwaneberg R. Interpretation of Bernoulli's Equation. The Physics Teacher, V-32, November 1994, pp. 478-488.
Bauman R. P: An alternative derivation of Bernoulli's principle. Am. J. Phys. 68 (3) March 2000, p. 288-289
Behroozi F., Lambert B. A simple problem in hydrodynamics with a surprising solution. The Physics Teacher Vol 35, may 1997, pp. 318-319
Behroozi F., Mohazzabi P., McCrickard J. P., Remarkable shapes of a catenary under the effect of gravity and surface tension. Am. J. Phys. 62 (12) December 1994, pp. 1121-1128
Berridge H J J. Radioactive decay chains- a digital method. Physics Education. September 1975, pp. 437-438
