Mecánica de Fluidos

La mecánica de fluidos se encarga del estudio de los fluidos en reposo o en movimiento, así como de las aplicaciones y mecanismos de ingeniería en que se usan. Se divide en dos campos principales:

Hidrostática

La hidrostática se ocupa de los fluidos en reposo. Algunos conceptos importantes en este campo son:

• Viscosidad: Resistencia a fluir.
• Tensión superficial: Atracción entre moléculas.
• Cohesión: Fuerza que mantiene unidas a las moléculas de una misma sustancia.
• Adhesión: Fuerza de atracción entre las moléculas de dos sustancias diferentes.
• Capilaridad: Se presenta cuando existe contacto entre un líquido y una pared sólida.

Hidrodinámica

La hidrodinámica se ocupa de los fluidos en movimiento. Para el estudio de los fluidos incompresibles se consideran la velocidad, presión, flujo y gasto del fluido.

Ramas de la Mecánica de Fluidos

1. Hidráulica: Estudio y uso de la presión del agua y del aceite en la ingeniería. Se encarga del diseño de turbinas, sistemas de acoplamiento, redes de distribución de agua y gas natural.
2. Neumostática: Estudio de los gases en reposo.
3. Aerodinámica: Estudia las acciones que aparecen sobre los cuerpos sólidos cuando existe un movimiento relativo entre estos y el fluido que los baña.
4. Aeroelasticidad: Estudia la interacción entre las fuerzas inerciales, elásticas y aerodinámicas. Definida por Arthur Collar en 1947.
5. Oleohidráulica: Utiliza fluidos derivados del petróleo. Técnica aplicada a la transmisión de potencia mediante fluidos confinados.
6. Hemodinámica: Parte de la cardiología que se encarga del estudio anatómico y funcional del corazón.

Estados de la Materia

Sólido

A bajas temperaturas, los materiales se presentan como cuerpos de forma compacta y precisa; sus átomos a menudo se entrelazan formando estructuras cristalinas definidas, con capacidad de soportar fuerzas sin deformación aparente.

Líquido

Los líquidos tienen la capacidad de adaptarse a la forma del recipiente que los contiene. Existe cierta unión entre los átomos del cuerpo (cohesión menor que en los sólidos), movimiento, energía cinética; no poseen forma definida y poseen fluidez a través de pequeños orificios.

Gaseoso

Las moléculas del gas se encuentran libres, de modo que son capaces de distribuirse por todo el espacio en el cual son contenidos. Características: cohesión casi nula, sin forma definida, se pueden comprimir fácilmente, etc.

Plasma

El plasma es un gas ionizado, es decir, los átomos que lo componen se han separado de algunos de sus electrones o de todos ellos. Es un estado parecido al gas, compuesto de electrones y cationes. Es un excelente conductor. Ejemplo: el sol.

Condensado de Bose-Einstein

Materia obtenida el 5 de julio de 1995 por Eric Cornell, Wolfgang Ketterle y Carl Wieman. Lograron enfriar los átomos a una temperatura 300 veces más baja que lo que se había logrado. Predicho por Satyendra Nath Bose y Albert Einstein en 1924.

Condensado de Fermi

Creado en 1999. El primer condensado de Fermi formado por átomos fue en 2003. A diferencia del condensado de Bose-Einstein, los condensados de Fermi se forman utilizando fermiones, no bosones.

Conceptos Fundamentales

• Electrón: Partícula del átomo de carga negativa que se encuentra en orbitales que rodean el núcleo.
• Ion: Átomo(s) que por haber perdido o ganado electrones, tomaron una carga neta positiva o negativa.
• Molécula: Conjunto ordenado de átomos que se mantienen juntos y no se separan sin ser afectados.
• Quarks: Partículas elementales por las que se constituye la materia.
• Muones: Partícula elemental masiva, pertenece a la segunda generación de leptones.
• Tauones: Partícula elemental, pertenece a la tercera generación de leptones.
• Gravitón: Partícula subatómica hipotética que explica la naturaleza de la gravedad.
• Neutrón: Partícula del átomo que tiene carga neutra (ni positiva ni negativa) que se encuentra dentro del núcleo.
• Protón: Partícula del átomo con carga positiva que al igual que los neutrones se encuentran en el núcleo.
• Neutrino: Subpartícula del átomo que es difícil de medir porque es muy pequeña. Carga neutra.
• Gluón: Bosón portador de la interacción nuclear fuerte, no posee masa ni carga eléctrica.
• Leptones: Familia de partículas fundamentales que incluye al electrón, muón, tauón y sus neutrinos asociados.
• Átomo: Unidad constituyente más pequeña de la materia que tiene las propiedades de un elemento químico.
• Fermiones: Partículas como electrones, protones y neutrones.
• Fotones: Partícula encargada del fenómeno electromagnético.
• Bosones W y Z: Son los bosones mediadores de la interacción nuclear débil.
• Hadrones: Partículas formadas por quarks que están unidos debido a su interacción nuclear fuerte.

Cohesión y Adhesión

Cohesión: Atracción que existe entre las moléculas de una misma sustancia.
Adhesión: Fuerza de atracción entre moléculas de diferentes sustancias.

Capilaridad

Ascenso de un líquido en el interior de un tubo o conducto. Producido debido a la fuerza de adhesión entre las moléculas del líquido y el recipiente.

Tensión Superficial

Fenómeno que ocurre cuando la capa superficial de un líquido está ligeramente comprimida.

Presión

Presión absoluta = Presión manométrica + Presión atmosférica

1 atm = 101.3 kPa = 14.7 lb/in² = 76 cm de mercurio = 30 in de mercurio = 2116 lb/ft²