Written by Tabla de contenidos
La mecánica es la rama de la física que analiza no solo el movimiento y su evolución en el tiempo, sino también el resto de cuerpos. La mecánica se divide en tres ramas, incluida la dinámica.
La dinámica es el área de la Mecánica que estudia los movimientos de los cuerpos considerando la causa generadora del movimiento. Como causa, se define el concepto de fuerza. En otras palabras, la fuerza es la cantidad física responsable de generar movimiento.
En física, un cuerpo puede encontrarse en equilibrio en dos situaciones. En el primero, el cuerpo está libre de fuerzas actuantes, en este caso, el equilibrio se denomina estático y el cuerpo está en reposo. En el segundo caso, el cuerpo está bajo la acción de una o más fuerzas, en este caso, el equilibrio se llama dinámico y el cuerpo está en movimiento rectilíneo uniforme. En este caso, la fuerza neta que actúa sobre este cuerpo será nula.
hidrodinámica
A diferencia de la hidrostática, donde los fluidos están en equilibrio, ya sean estáticos o dinámicos, en hidrodinámica los fluidos están desequilibrados. Es decir, la fuerza neta aplicada al fluido no es cero. Entonces, la Hidrodinámica es el área de la física dedicada al estudio de los fluidos en movimiento bajo la acción de fuerzas. La hidrodinámica es un área de gran aplicación en la ingeniería. El estudio de la Hidrodinámica se basa en los siguientes conceptos:
Tasa de flujo
Seguro que tú, al usar una manguera de agua, ya habrás notado que al tapar la boca de la manguera, el agua sale más rápido. En otras palabras, estaba reduciendo el área de salida de agua de la manguera. Por otro lado, es posible que nunca se haya preguntado cuál es la explicación física de esto. La cantidad involucrada en tal situación se llama flujo y está estrechamente relacionada con la velocidad del flujo y el área de la sección transversal a través de la cual fluye el fluido. Para una mejor comprensión, considere un tubo cilíndrico con un área de sección transversal cubierta por cualquier fluido cuyo módulo de velocidad de flujo sea igual a (situación representada por la Figura 1).
Figura 1: Tubo cilíndrico atravesado por un fluido.
El flujo en este tubo viene dado por la relación entre la velocidad y el tiempo necesario para que el fluido fluya a través del área S. Matemáticamente:
El caudal también se puede obtener por el producto entre el área S y la velocidad del fluido:
ecuación de continuidad
Considere un tubo con dos secciones transversales de áreas diferentes y respectivamente iguales a S1 y Sdos (Esta situación está representada por la Figura 2).
Figura 2: Tubo con dos secciones transversales diferentes atravesadas por un fluido.
La ecuación de continuidad dice que, aunque el tubo no tiene la misma área de sección transversal a lo largo de su longitud, los flujos a lo largo de su longitud son los mismos. O sea:
El principio de Bernoulli
Considere dos puntos A y B cualesquiera dentro de un fluido en movimiento bajo la acción de la aceleración de la gravedad (una situación representada por la Figura 3). Dado que la velocidad es una cantidad vectorial, que siempre es tangente a la trayectoria, las velocidades vectoriales de A y B serán diferentes. El principio de Bernoulli dice entonces que hay que tener en cuenta un sector potencial, un sector cinético y un sector potencial gravitacional.
Figura 3: Velocidad de los puntos A y B en un fluido en movimiento.
Esta ecuación se puede reescribir de la siguiente manera:
Donde p, hev son las diferencias entre las presiones A y B, las alturas A y B y las velocidades A y B respectivamente.
El principio de Bernoulli es un tipo de ecuación de conservación de energía y tiene numerosas aplicaciones en Mecánica de Fluidos.
Referencias:
BONJORNO, José Roberto; BONJORNO, Regina Azenha; BONJORNO, Valter; CLINTON, Márcio Ramos. Historia de la física y todos los días. São Paulo: Editora FTD, 2004, volumen único.
HEWITT, Paul G. Física conceptual. Porto Alegre: Editorial: Bookman, 2011, 11a. ed. v. soltero.
