I Introducción a la Mecánica de fluidos - erivera …

1 I Introducci n a la Mec nica de fluidos Aula Virtual Contenido La ciencia de la Mec nica de fluidos Resumen hist rico de la Mec nica de fluidos Definici n de Fluido El fluido como medio continuo Dimensiones y unidades Principio de Homogeneidad dimensional Propiedades de los fluidos Principio de El coeficiente de viscosidad fluidos newtonianos y no newtonianos Variaci n de la viscosidad con la temperatura Otras propiedades de los fluidos El gas ideal Fuerzas m sicas y de Tensi n Autoevaluaci n .. Profesor Emilio Rivera Ch vez .. 1. La ciencia de la Mec nica de fluidos La mec nica de los fluidos es la ciencia que estudia el comportamiento mec nico 1 de los fluidos (en reposo o en movimiento) y su efecto sobre su entorno, tal como superficies de s lidos o interfaces con otros fluidos .

2 Mec nica de fluidos Estudia los en reposo en movimiento Est tica de Din mica fluidos de fluidos Efectos sobre su entorno Fuerzas sobre superficies s lidas, interfaces Resumen hist rico de la Mec nica de fluidos La Mec nica de fluidos tiene sus or genes en la hidr ulica, tanto en Mesopotamia como en Egipto alrededor del a o 400 proliferaron las obras hidr ulicas que aseguraban el regad o. Posteriormente, los imperios griegos, chino y especialmente, el romano se caracterizan por una gran profusi n de obras hidr ulica. A lo largo de la historia, aparecen inventos e investigadores que aportan mejoras sustanciales en el campo que hoy se denomina Mec nica de fluidos .

3 Al final de siglo XIX comienza la unificaci n entre hidr ulicos e hidrodin micos. La Mec nica de fluidos moderna nace con Pascal, que en las primeras d cadas del XX elabor la s ntesis entre la hidr ulica pr ctica y la hidrodin mica te rica. Cinco matem ticos del siglo XVIII, Bernoulli, Clairaut, D'Alembert, Lagrange y Euler hab an elaborado con el naciente c lculo diferencial e integral una s ntesis hidrodin mica perfecta; pero no hab an obtenido grandes resultados pr cticos. Por otra parte el t cnico hidr ulico fue desarrollando multitud de formulas emp ricas y experiencias en la resoluci n de problemas que sus construcciones hidr ulicas le presentaban, sin preocuparse de buscarles base te rica alguna.

4 Excepcionalmente un cient fico, Reynolds, busc y hall apoyo experimental a sus teor as, y un t cnico, Froude, busc bas f sica a sus experimentos; pero Prandtl hizo la s ntesis de las i ti i t i d l d l i i d l t 1. Movimiento mec nico: Cambio posicional en el tiempo y el espacio .. Profesor Emilio Rivera Ch vez .. A continuaci n se incluye una lista de algunos de los principales hombres cuyos trabajos contribuyeron al desarrollo de la ciencia de la Mec nica de fluidos como hoy la conocemos. Arqu medes (287-212 ) Leyes de la Flotaci n. Leonardo da Vinci (1452-1519) Ecuaci n de Continuidad. Torricelli (1608-1647) Salida por un orificio.

5 Relaci n entre la altura y la presi n atmosf rica. Pascal (1623-1662) Ley de Pascal. Arqu medes de Siracusa Newton (1642-1726) Ley de viscosidad din mica. i/Arqu%C3%ADmedes Bernoulli (1700-1782) Teorema de Bernoulli. Euler (1707-1783) Ecuaciones diferenciales del movimiento del fluido ideal; formulaci n del teorema de Bernoulli; Teorema fundamental de las turbom quinas. D'Alembert (1717-1783) Ecuaci n diferencial de continuidad. Lagrange (1736-1813) Funci n potencial y funci n de corriente. Venturi (1746-1822) Flujo en embocaduras y contracciones;. Medidor de Venturi. Blaise Pascal Poiseuille (1799-1869) Resistencia en tubos capilares: Ecuaci n de Poiseuille.

6 /wiki/Blaise_Pascal Weisbach (1806-1871) F rmula de resistencia en tuber as. Froude (1810-1879) Ley de semejanza de Froude. Navier (1785-1836) y Stokes (1819-1903) Ecuaciones diferenciales de Navier-Stokes del movimiento de los fluidos viscosos. Reynolds (1842-1912) N mero de Reynolds; Distinci n entre flujo laminar y turbulento. Rayleigh (1842-1919) Propuso la t cnica del an lisis dimensional. Leonhard Euler Joukowski (1847-1921) Estudios del golpe de ariete; perfiles aerodin micos de Joukowski. wiki/Leonhard_Euler Prandtl (1875-1953) Teor a de la capa l mite. Fundador de la moderna mec nica de fluidos . Sir Isaac Newton Ludwig Prandtl.

7 G/wiki/Isaac_Newton Ludwig_Prandtl .. Profesor Emilio Rivera Ch vez .. 2. Definici n de Fluido La materia fundamentalmente se presenta en dos 2 estados: Estados de la Materia Fluido Deforma- S lido Forma y bles volumen definido Incompresibles Compresibles L quido Gas Volumen definido Volumen indefinido, baja densidad. Un fluido es parte de un estado de la materia la cual no tiene un volumen definido, sino que adopta la forma del recipiente que lo contiene a diferencia de los s lidos, los cuales tienen forma y volumen definido. Los fluidos tienen la capacidad de fluir, es decir, puede ser trasvasada de un recipiente a otro. Dentro de la clasificaci n de fluidos , los l quidos y gases presentan propiedades diferentes.

8 Ambos tipos de fluidos , tienen la propiedad de no tener forma propia y que estos fluyen al aplicarles fuerzas externas. La diferencia est en la llamada compresibilidad. Para el caso de los gases estos pueden ser comprimidos reduciendo su volumen. Por lo tanto: Los gases son compresibles, Los l quidos son pr cticamente incompresibles. Otra caracter stica entre los s lidos y los fluidos es que los primeros se resisten a cambiar de forma ante la acci n de los agentes externos, en cambio los fluidos pr cticamente no se resisten a dichos agentes. Definici n de fluido: Fluido es una sustancia que se deforma continuamente cuando es sometida a una tensi n cortante, aunque esta sea muy peque a.

9 2. El plasma es considerado un tercer estado de la materia, tambi n ltimamente se habla de un cuarto (quinto) estado de la materia.. Profesor Emilio Rivera Ch vez .. Consideremos un fluido entre dos placas paralelas, qu se sujeto a una tensi n cortante debido al movimiento de la placa superior. Condici n de no deslizamiento: no existe movimiento relativo entre el fluido y el entorno, la cara del fluido en contacto con la placa inferior es estacionario y el fluido en contacto con la placa superior en se mueve con velocidad U. deformaci n angular u =U . Elemento . de fluido u=0.. t = t t =0. Figura El fluido entre la dos placas sufre un deformaci n debido a la tensi n.

10 Un fluido no ofrece resistencia a la deformaci n por esfuerzo constante. Esta es la caracter stica que distingue esencialmente un fluido de un s lido. El fluido como medio continuo Como toda la materia, los fluidos est n compuestos por un gran n mero de mol culas en permanente movimiento. Esto se debe a que en la mayor parte de las aplicaciones de ingenier a lo que interesa son los efectos promedio o macrosc picos de un gran n mero de mol culas. Estos efectos macrosc picos son los que corrientemente percibimos y medimos. Es por ello que en la definici n de fluido no se hace referencia a la estructura molecular de la materia. Por esta raz n se trata a un fluido como una sustancia infinitamente indivisible, dicho de otro modo un medio continuo, sin importar el comportamiento individual de las mol culas.