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Resumen

14.1 Fluidos, densidad y presión

  • Un fluido es un estado de la materia que cede a las fuerzas laterales o de cizallamiento. Tanto los líquidos como los gases son fluidos. La estática de los fluidos es la física de los fluidos estacionarios.
  • La densidad es la masa por unidad de volumen de una sustancia u objeto, definida como ρ=m/V.ρ=m/V. La unidad SI de densidad es kg/m3.kg/m3.
  • La presión es la fuerza por unidad de superficie perpendicular sobre la que se aplica la fuerza, p=F/A.p=F/A. La unidad SI de presión es el pascal: 1Pa=1N/m21Pa=1N/m2
  • La presión debido al peso de un líquido de densidad constante viene dada por p=ρghp=ρgh, donde p es la presión, h es la profundidad del líquido, ρρ es la densidad del líquido y g es la aceleración debido a la gravedad.

14.2 Medir la presión

  • La presión manométrica es la presión relativa a la presión atmosférica.
  • La presión absoluta es la suma de la presión manométrica y la presión atmosférica.
  • Los manómetros de tubo abierto tienen tubos en forma de U y un extremo está siempre abierto. Se usan para medir presión. Un barómetro de mercurio es un aparato que mide presión atmosférica.
  • La unidad de presión del SI es el pascal (Pa), pero se suelen usar otras unidades.

14.3 Principio de Pascal y la hidráulica

  • La presión es la fuerza por unidad de área.
  • Un cambio en la presión aplicada a un fluido encerrado se transmite sin disminuir a todas las porciones del fluido y a las paredes de su recipiente.
  • Un sistema hidráulico es un sistema de fluidos cerrado que se usa para ejercer fuerzas.

14.4 Principio de Arquímedes y flotabilidad

  • La fuerza de flotación es la fuerza ascendente neta sobre cualquier objeto en cualquier fluido. Si la fuerza de flotación es mayor que el peso del objeto, este subirá a la superficie y flotará. Si la fuerza de flotación es menor que el peso del objeto, este se hundirá. Si la fuerza de flotación es igual al peso del objeto, este puede permanecer suspendido a su profundidad actual. La fuerza de flotación está siempre presente y actúa sobre cualquier objeto sumergido parcial o totalmente en un fluido.
  • El principio de Arquímedes establece que la fuerza de flotación de un objeto es igual al peso del fluido que desplaza.

14.5 Dinámicas de fluidos

  • La tasa de flujo Q se define como el volumen V que pasa por un punto en el tiempo t, o Q=dVdtQ=dVdt donde V es el volumen y t es el tiempo. La unidad SI de la tasa de flujo es m3/s,m3/s, pero se pueden usar otros índices, como L/min.
  • La tasa de flujo y la velocidad están relacionadas por Q=AvQ=Av donde A es el área de la sección transversal del flujo y v es su velocidad media.
  • La ecuación de continuidad establece que para un fluido incompresible la masa que entra en una tubería debe ser igual a la masa que sale de ella.

14.6 Ecuación de Bernoulli

  • La ecuación de Bernoulli establece que la suma en cada lado de la siguiente ecuación es constante, o la misma en dos puntos cualesquiera de un fluido incompresible sin fricción:
    p1+12ρv12+ρgh1=p2+12ρv22+ρgh2.p1+12ρv12+ρgh1=p2+12ρv22+ρgh2.
  • El principio de Bernoulli es la ecuación de Bernoulli aplicada a situaciones en las que la altura del fluido es constante. Los términos que implican profundidad (o altura h) se restan, con lo que se obtiene
    p1+12ρv12=p2+12ρv22.p1+12ρv12=p2+12ρv22.
  • El principio de Bernoulli tiene muchas aplicaciones, como arrastre y medición de la velocidad.

14.7 Viscosidad y turbulencia

  • El flujo laminar se caracteriza por un flujo suave del fluido en capas que no se mezclan.
  • La turbulencia se caracteriza por torbellinos y remolinos que mezclan capas de fluido.
  • Viscosidad del fluido ηη se debe a la fricción dentro de un fluido.
  • El flujo es proporcional a la diferencia de presión e inversamente proporcional a la resistencia:
    Q=p−2p1R.Q=p−2p1R.
  • La caída de presión causada por el flujo y la resistencia viene dada por p2–p1=RQp2–p1=RQ.
  • El número de Reynolds NRNR puede revelar si el flujo es laminar o turbulento. Es NR=2ρvrηNR=2ρvrη.
  • Para NRNR por debajo de unos 2.000, el flujo es laminar. Para NRNR por encima de unos 3.000, el flujo es turbulento. Para valores de NRNR entre 2.000 y 3.000, puede ser cualquiera de los dos o ambos.
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