CONCEPTO DE FLUIDO
En la naturaleza se puede decir que existen tres tipos de cuerpos:
A. Cuerpos rígidos
B. Cuerpos deformables
C. Cuerpos fluidos
En este curso se van a tratar los fluidos, pero antes, y para enfocar mejor el problema se analizarán los cuerpos rígidos y los deformables, y así poder comparar unos y otros resultando de esta forma sus diferencias.
En primer lugar todos los cuerpos en la naturaleza están formados por pequeñas corpúsculos o moléculas, constituidos a su vez por otros más pequeños, llamados átomos.
A. Cuerpos rígidos:
Son aquellos cuya distancia entre dos moléculas cualesquiera es invariable, aunque se le aplique una fuerza tan grande como se quiera.
B. Cuerpos deformables:
B.1. Cuerpos elásticos:
Los cuerpos elásticos se deforman ante una fuerza externa, esto es, la distancia entre sus moléculas varía, pero al retirar la fuerza externa, las fuerzas intermoleculares hacen que las moléculas vuelvan a su posición inicial y así, el cuerpo recupera su forma primitiva, por ejemplo: una regla de plástico.
Naturalmente esto ocurre siempre y cuando no se supere un límite que haga que la deformación sea permanente (caso que se sale del marco de esta breve exposición del sólido).
B.2. Cuerpos no elásticos:
Estos cuerpos se deforman ante la aparición de una fuerza externa y recuperan parcialmente su forma o no lo hacen absoluto al retirar la fuerza externa, por ejemplo la plastilina.
En la naturaleza no existen los sólidos rígidos, pues todos se deforman más o menos ante una fuerza externa. Así pues, el sólido rígido vale más como modelo de comportamiento ante unas fuerzas externas, que como un sólido real.
C. Fluidos:
Los fluidos se dividen en:
C.1. Gases
C.2. Líquidos
Su comportamiento ante una fuerza externa es completamente diferente del de los sólidos.
Los líquidos tienen un determinado volumen que varía poco, pero la forma depende de la vasija que los contenga.
Los gases no tienen volumen definido pues ocupan todo el volumen del recipiente que los contengan, por grande que sea éste.
Los líquidos tienen sus moléculas tan juntas que resulta prácticamente imposible juntarlas por lo que, haciendo una abstracción, se llama a los líquidos fluidos incompresibles, y éstos son el objeto de este libro. Sin embargo el gas puede aumentar o disminuir su volumen fácilmente, por lo que son fluidos compresibles.
Si se encierra un gas en un cilindro con un émbolo, se puede variar el volumen del gas con toda facilidad simplemente haciendo fuerza sobre el émbolo.
Si se introduce un objeto tal como por ejemplo una piedra, en el interior del cilindro, el gas se acoplará perfectamente a la forma de la piedra, esto es, se ha deformado el gas sin apenas hacer esfuerzo.
Si dentro del mismo cilindro se introduce un líquido, éste se acoplará a las paredes del cilindro. Si a continuación se introduce la misma piedra que en el ejemplo anterior con un gas, se ve que el líquido también adopta la forma de la piedra sin apenas resistencia. Se ve, pues, que la deformación de líquidos y gases bajo una fuerza tan pequeña como se quiera es una característica común. Si embargo si se deslizase el émbolo hacia arriba el líquido seguiría ocupando el mismo volumen que al principio, por el contrario si se tratara de comprimir el líquido se tropezaría con la “casi” imposibilidad de hacerlo.
Más adelante se verá con más detalle el concepto de compresibilidad y el por qué llamar a los gases fluidos incompresibles. Así pues, se puede definir el concepto de fluido como: aquellos cuerpos que se pueden deformar con una fuerza tan pequeña como se quiera, pues como se ha visto ésta es la propiedad común de líquidos y gases, diferenciándose en la capacidad para variar su volumen (compresibilidad).
VISCOSIDAD, FLUIDOS PERFECTOS Y FLUIDOS REALES
Viscosidad:
Entre dos sólidos en contacto aparece una fuerza de rozamiento cuando se ejerce una fuerza sobre uno de ellos. Por ejemplo si se empuja un cajón (fig. 3.1) con una fuerza F1, aparecerá una fuerza de rozamiento RE, que impide que el cajón se mueva. A esta RE se le llama rozamiento estático, donde:
y al coeficiente μE se le llama coeficiente de rozamiento estático, y es constante.
Si se aumenta la fuerza F1 hasta una fuerza F2 llegará un momento en que el cajón comenzará a moverse y aparecerá un rozamiento dinámico RD, inferior al estático y tal que:
RD = Rozamiento dinámico
μD = Coeficiente de rozamiento dinámico que también es constante.
N2 = Reacción normal = P + F2 Sen α
(ver fig. 3.2.)
donde los coeficientes de rozamiento estático y dinámicos son constantes, siendo el dinámico inferior al estático.
En el caso de los fluidos, cuando una copa fluida se mueve respecto a otra aparecerá un rozamiento o fuerza tangencial a las capas que se opondrá al movimiento de unos respecto de otros. Estos fluidos se llaman reales y a los fluidos en que esto no ocurre -por abstracción- se les llama fluidos perfectos. En los fluidos perfectos sólo aparecerá una fuerza normal a las capas pues la tangencial es cero.
En los fluidos reales este rozamiento entre capas se llama viscosidad y a diferencia del rozamiento entre sólidos esta viscosidad es función de la velocidad de unas capas con relación a las otras, decreciendo con esta y anulándose al estar el fluido en reposo.
Es así que un fluido real en reposo no tiene viscosidad y este comportamiento ideal hace posible una formulación más sencilla que en los fluidos en movimiento.
