Proyecto de Aula

JUSTIFICACION

Este blog fue elaborado  para que los estudiantes de Grado 11 y las demas personas que quieran saber sobre este tema logren analizar, comprender y entender el tema acerca de fluidos y logren obtener gran conocimiento sobre este.


OBJETIVOS

Que los estudiantes de grado 11 aprendan sobre el concepto de fluidos en la fisica, ya sea por medio de la teoria que se da aqui, o por medio de las actividades propuestas en este blog. 


TEORIA

Se denomina fluido a un tipo de medio continuo formado por alguna sustancia entre cuyas moléculas sólo hay una fuerza de atracción débil. La propiedad definitoria es que los fluidos pueden cambiar de forma sin que aparezcan en su seno fuerzas restitutivas tendentes a recuperar la forma "original" (lo cual constituye la principal diferencia con un sólido deformable, donde sí hay fuerzas restitutivas).
Un fluido es un conjunto de partículas que se mantienen unidas entre si por fuerzas cohesivas débiles y las paredes de un recipiente; el término engloba a los líquidos y los gases. 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 líquidos toman la forma del recipiente que los aloja, manteniendo su propio volumen, mientras que los gases carecen tanto de volumen como de forma propias. Las moléculas no cohesionadas se deslizan en los líquidos, y se mueven con libertad en los gases. Los fluidos están conformados por los líquidos y los gases, siendo los segundos mucho menos viscosos (casi fluidos ideales).

Caracteristicas:

Movimiento no acotado de las moléculas: Son infinitamente deformables, los desplazamientos que un punto material o molécula puede alcanzar en el seno del fluido no están acotados (esto contrasta con los sólidos deformables, donde los desplazamientos están mucho más limitados). Esto se debe a que sus moléculas no tienen una posición de equilibrio, como sucede en los sólidos donde la mayoría de moléculas ejecutan pequeños movimientos alrededor de sus posiciones de equilibrio.

Compresibilidad:Todos los fluidos son compresibles en cierto grado. No obstante, los líquidos son altamente incompresibles a diferencia de los gases que son altamente compresibles. Sin embargo, la compresibilidad no diferencia a los fluidos de los sólidos, ya que la compresibilidad de los sólidos es similar a la de los líquidos.

Viscosidad: Aunque la viscosidad en los gases es mucho menor que en los líquidos. La viscosidad hace que la velocidad de deformación puede aumentar las tensiones en el seno del medio continuo. Esta propiedad acerca a los fluidos viscosos a los sólidos viscoelásticos.

Distancia Molecular Grande: Esta es una de las características de los fluidos en la cual sus moléculas se encuentran separadas a una gran distancia en comparación con los sólidos y esto le permite cambiar muy fácilmente su velocidad debido a fuerzas externas y facilita su compresión.

Fuerzas de Van der Waals: Esta fuerza fue descubierta por el físico holandés Johannes Van der Waals, el físico encontró la importancia de considerar el volumen de las moléculas y las fuerzas intermoleculares y en la distribución de cargas positivas y negativas en las moléculas estableciendo la relación entre presión, volumen, y temperatura de los fluidos.

Ausencia de memoria de forma: Es decir, toman la forma del recipiente que lo contenga, sin que existan fuerzas de recuperación elástica como en los sólidos. Debido a su separación molecular los fluidos no poseen una forma definida por tanto no se puede calcular su volumen o densidad a simple vista, para esto se introduce el fluido en un recipiente en el cual toma su forma y así podemos calcular su volumen y densidad, esto facilita su estudio. Esta última propiedad es la que diferencia más claramente a fluidos (líquidos y gases) de sólidos deformables.

FORMULAS

Conceptos básicos de hidrodinámica:

$ \bullet$ Una importante propiedad de una sustancia es la densidad, que la definiremos como el cociente de la masa y el volumen, 
$\displaystyle \rho = \frac{m}{V} \left( \frac{\mathrm{Kg}}{\mathrm{m^3}} \right)$

En la mayoría de los materiales, incluida el agua, las densidades varían con la temperatura. 
Una unidad de volumen muy utilizada es el litro (L):
$\displaystyle 1 \mathrm{L = 10^3cm^3 = 10^{-3} m^3 }$

$ \bullet$ Cuando un cuerpo se sumerge en un fluido, éste ejerce una fuerza perpendicular a la superficie del cuerpo en cada punto de la superficie. Definiremospresión del fluido como esta fuerza por unidad de área
$\displaystyle P = \frac{F}{A} \left( \frac{\mathrm{N}}{\mathrm{m^2}} \right)$
La unidad en el SI es el Newton por metro cuadrado, que recibe el nombre de Pascal:
$\displaystyle 1 \mathrm{Pa = 1N/m^2 }$
Una de la unidades también común cuando se habla de presión, es la atmósfera (atm), que es aproximadamente la presión del aire a nivel del mar.
$\displaystyle \mathrm{1 atm = 101,325 KPa = 14,70 Ib/pulg^2 = 760 mm Hg}$
Un fluido que presiona contra un cuerpo, tiende a comprimirlo. 
El cociente entre el cambio de presión y la disminución relativa al volumen $ (\Delta V /V)$ se denomina módulo de compresibilidad
$\displaystyle B = - \frac{\Delta P} {\Delta V/V} $
Algunos valores aproximados del módulo de compresibilidad $ B$ de varios materiales:
Diamante: 620
Acero: 160
cobre: 140
Aluminio: 70
Plomo: 7,7 

$ \bullet$ Principio de Pascal: Toda presión aplicada en un punto del fluido se trasmite a todos los puntos del fluido.
Ejemplo, prensa hidráulica o elevador hidráulico.
$\displaystyle \Delta P = \frac{F_1}{A_1} = \frac{F_2}{A_2} \Rightarrow F_2 = F_1 \frac{A_2}{A_1}$
Donde una fuerza $ F_1$ ejercida sobre el émbolo o pistón pequeño produce una variación de presión $ F_1/A_1 $ que se trasmite por el líquido hasta el émbolo grande. Como las presiones en los pistones grande y pequeño son iguales, las fuerzas correspondientes cumplen la relación $ F_1/A_1 = F_2/A_2 . $ Como el área del pistón grande es mucho mayor que el del pistón pequeño, la fuerza sobre el pistón grande $ F_2=(A_2/A_1)/F_1$ es mucho mayor que $ F_1 .$

$ \bullet$ Ecuación fundamental de la hidrostática
Supongamos dos alturas $ H$ y $ z$ en un fluido; la ecuación fundamental de la hidrostática es
$\displaystyle P(z) + \rho g z = P(H) + \rho g H$
para $ \rho$ constante, y donde $ g$ es el valor de la gravedad, $ z$ y $ H$ las correspondientes alturas. Una expresión más general de esta ecuación es
$\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}z} = - \rho g$
$ \bullet$ Principio de Arquímedes (250 a.C.)
Todo cuerpo parcial o totalmente sumergido en un fluido, experimenta un empuje ascensional igual al peso del fluido desplazado.


Consecuencia del principio fundamental de la hidrostática.

Este principio también explica por qué un objeto sumergido en el agua, su peso aparente es menor que si lo pesamos en el aire.

En la deducción de este principio, la fuerza neta de la presión solo depende de la posición (geometría del objeto y de la profundidad). En el caso del fluido dentro del fluido (equilibrio), la fuerza neta de la presión tiene que ser igual al peso del fluido contenido en el volumen considerado.


PREZI




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