La mecánica es la parte de la física encargada de estudiar todos aquellos procesos en los cuales intervienen las fuerzas. Cuando aplicamos una fuerza a un cuerpo físico, pueden suceder dos cosas:
1.- Que su estado de reposo o movimiento se altere
2.- Que se deforme.
En el caso de los fluidos, la fuerza de cortadura que hace que fluyan depende de la viscosidad aumentando con esta. Por ello, cuanto más viscoso es un fluido más dificil resulta conservar su forma.
En cualquier caso, los fluidos como todo cuerpo material obedecen a los principios de conservación básicos de la mecanica
1.- La conservación de la materia.
La materia no se crea ni se destruye y lo aplicable a la materia es aplicable al gasto o cantidad de materia por unidad de tiempo. Las unidades de gasto son Kg/s. Realizando un análisis de dimensiones básicos el gasto se puede expresar como el producto de la densidad por sección por la gravedad por la velocidad.
G= d Sg V
Para un mismo fluido la densidad es la misma. Por lo que el producto SV= constante. Por ello cuando un fluido atraviesa una sección más estrecha aumenta su velocidad
2.- Principio de conservación de la energía
La energía mecánica puede ser de dos tipos: potencial y cinetica. Resultando
mg h + 1/2 m v2 = Contante
Si dividimos ambos términos por mg, las unidades de cada término se puede expresar como altura de columna de fluido. A dicha expresión se la conoce como teorema de BERNOULLI
h + (1/2g) v2 = Constante
Para que el balance energético resulte completo hay que considerar las pérdidas de energía por rozamiento. En el caso de líquidos poco viscosos como el aire dichas pérdidas son despreciables. Sin embargo, para el caso de otros fluidos como el agua las pérdidas son tanto mayores cuanto mayor sea la velocidad del fluido. Para su cuantificación se han elaborado ábacos y gráficos como el gráfico Moody. Dependiendo de la velocidad del fluido existen dos tipos de régimenes. Cuando la velocidad es baja los fluidos fluyen como las hojas de un libro. Mientras que cuando el fluido se mueve a gran velocidad se producen remolinos y se dice que el régimen es turbulento. El cambio de un régimen a otro lo establece el denominado número de Reynols. Es un numero adimensional en el cual se combinan, la velocidad la viscosidad, y el diametro de la tuberia. Si es superior a 2400 el régimen es turbulento.
Además también se cumplen los principios de conservación de la cantidad de movimiento y del momento angular.
EJERCICIO
Un fluido atraviesa una tuberia cilíndrica, cuyo radio se reduce a la mitad. ¿Qué le ocurre a la velocidad?
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