Clase correspondiente a la primera parte de fluidos, particularmente tipos de fluidos e Hidrostática, hasta el principio de Pascal

1. FLUIDOS
Profesor José Luis Gajardo

2. Definición
- Se denomina fluido a un tipo de medio continuo formado por
alguna sustancia entre cuyas moléculas hay una fuerza de
atracción débil.
- Los fluidos se caracterizan por cambiar de forma sin que existan
fuerzas restitutivas que tiendan a recuperar la forma "original" (lo
cual constituye la principal diferencia con un sólido deformable).
- En el cambio de forma de un fluido la posición que toman sus
moléculas varía, ante una fuerza aplicada sobre ellos, pues
justamente fluyen.
- Los fluidos están conformados por los líquidos y los gases, siendo
los segundos mucho menos viscosos (casi fluidos ideales).
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3. Características
- La posición relativa de sus moléculas puede cambiar de forma
abrupta.
- Todos los fluidos son compresibles en cierto grado. No
obstante, los líquidos son fluidos igual que los gases.
- Tienen viscosidad.
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4. ¿Qué es la viscosidad?
- La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones
tangenciales.
- Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal (En
realidad todos los fluidos conocidos presentan algo de
viscosidad).
- La viscosidad sólo se manifiesta en líquidos en movimiento.
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5. Clasificación de los fluidos
Los fluidos se pueden clasificar de acuerdo a diferentes
características que presentan en:
- Newtonianos
- No newtonianos
O también en:
- Líquidos
- Gases
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6. Fluido newtoniano
Es un fluido cuya viscosidad puede considerarse constante
en el tiempo.
Ejemplo: el agua, aire, gasolina, etc
Fluido no newtoniano
Es aquel cuya viscosidad varía con la temperatura y la tensión de
corte que se le aplica. Como resultado, un fluido no-newtoniano
no tiene un valor de viscosidad definido y constante.
Ej: algunos tipos de plástico.
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7. Líquido
El líquido es un estado de agregación de la materia en
forma de fluido altamente incompresible (lo que implica
que su volumen es, muy aproximadamente, constante en
un rango amplio de presión).
Gas
Se denomina gas al estado de agregación de la materia en el cual las
moléculas que lo constituyen casi no son atraídas unas por otras, por lo
que se mueven en el vacío a gran velocidad y muy separadas.
Las moléculas de un gas se encuentran prácticamente libres, de modo
que son capaces de distribuirse por todo el espacio en el cual son
contenidos. Las fuerzas gravitatorias y de atracción entre las moléculas
son despreciables, en comparación con la velocidad a la que se mueven.
Pueden comprimirse fácilmente, debido a que existen enormes espacios
vacíos entre unas moléculas y otras.
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8. Hidrostática
La hidrostática es la rama de la mecánica de fluidos que
estudia los fluidos en estado de reposo; es decir, sin que
existan fuerzas que alteren su movimiento o posición.
Los principales teoremas que respaldan el estudio de la
hidrostática son el principio de Pascal y el principio de
Arquímedes.
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9. Principio de Pascal
- En física, el principio de Pascal es una ley enunciada por el físico y
matemático francés Blaise Pascal (1623-1662).
- El principio de Pascal afirma que la presión aplicada sobre un fluido
no compresible contenido en un recipiente indeformable se
transmite con igual intensidad en todas las direcciones y a todas
partes del recipiente.
- Este tipo de fenómeno se puede apreciar, por ejemplo en la prensa
hidráulica la cual funciona aplicando este principio.
- Definimos compresibilidad como la capacidad que tiene un fluido
para disminuir el volumen que ocupa al ser sometido a la acción de
fuerzas.
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10. La prensa Hidráulica
Una prensa hidráulica es un mecanismo conformado
por vasos comunicantes impulsados por pistones de
diferente área que, mediante la aplicación de pequeñas
fuerzas, permite obtener otras mayores.
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11. El principio de Pascal puede ser interpretado como una
consecuencia de la ecuación fundamental de la hidrostática y
del carácter altamente incompresible de los líquidos. En esta
clase de fluidos la densidad es prácticamente constante, de
modo que de acuerdo con la ecuación:
p = p0 + ρgh
p, presión total a la profundidad.
p0, presión sobre la superficie libre del fluido.
ρ, densidad del fluido.
g, aceleración de la gravedad.
h, Altura, medida en Metros.
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13. Cálculo de la relación de fuerzas.
Cuando se aplica una fuerza F1, sobre el émbolo de menor
área A1 se genera una presión P1:
Del mismo modo en el segundo émbolo:
Se observa que el líquido esta comunicado, luego por el principio de
Pascal, la presión en los cuatro pistones es la misma, por tanto se cumple
que:
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14. Cálculo de la relación de fuerzas.
Esto es:
y la relación de fuerzas
:
Luego la fuerza resultante de la prensa hidráulica es:
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