Conozcamos un poco sobre la Mecánica de Fluidos

¡Hola querida comunidad de hive, reciban todos un cordial saludo! Es un placer para mi saludarles nuevamente y traerles una nueva publicación, el día de hoy conoceremos un poco sobe la Mecánica de fluidos.

Ya sabemos por parte de publicaciones anteriores, que la materia se clasifica en tres estados, los cuales son: solido, líquido y gaseoso. Siendo un sólido un material con volumen y forma definida, un líquido tiene el volumen definido pero no la forma, y por ultimo un gas no confinado no posee ni volumen ni forma definido. Si analizamos un ejemplo, como lo es el asfalto y los productos plásticos podemos observar que se tratan de sólidos, pero en periodos largos de tiempo, tienden a fluir como los líquidos. Es de tal manera que la mayoría de las sustancias pueden ser solidas, liquidas, o tal vez gaseosas, esto dependiendo de la presión o a temperatura a las que se sometan.

Ahora bien, es oportuno analizar la definición de un fluido. (Serway & Jewett 2005) lo definen como, “un conjunto de moléculas que están dispuestas al azar y se mantienen juntas por medio de débiles fuerzas de cohesión, así como por fuerzas ejercidas por las paredes de un recipiente. Líquidos y gases son fluidos” .

Los fluidos no presentan esfuerzos de ningún tipo, por lo que se pude decir que el único esfuerzo que puede presentar un objeto cuando está sumergido en un fluido estático, es decir, en reposo. En este caso se tiende a comprimir al objeto desde todos los lados, en otras palabas, la fuerza ejercida por un fluido estático sobre un objeto siempre será perpendicular a las superficies del objeto.

Esto lo conocemos como presión, y esta magnitud física se puede medir con el aparato que se muestra posteriormente. Dicho artefacto se compone de un cilindro al vacío que encierra un émbolo ligero conectado a un resorte. Cuando el aparato es sumergido dentro de un fluido, este presiona sobre la parte superior del émbolo y comprime el resorte hasta que la fuerza hacia adentro del fluido queda balanceada por la fuerza que ejerce el resorte. La presión del fluido puede ser medida si antes el resorte se calibra.

Ahora si la magnitud fuerza ejercida por el émbolo la llamamos F y A es el área superficial del émbolo, entonces podremos conocer la presión P del fluido en el nivel donde se haya introducido el aparato, y el resultado se obtiene mediante a expresión:

La ecuación presentada se le conoce como la definición de presión y de la cual podemos concluir que, la presión es una magnitud física escalar y que es directamente proporcional a la magnitud de la fuerza sobre el émbolo, y es inversamente proporcional al área de la superficie.

Ahora si el caso es de variación de la presión en un área, la idea es estudiar la fuerza infinitesimal dF sobre cualquier elemento de la superficie de área dA.

Donde P es la presión n la ubicación del área dA. Como la presión es una fuerza por unidad de área, lo que quiere decir que tiene unidades de Newtons por metro cuadrado (N/m2) según el Sistema Internacional de Unidades. Por lo tanto la unidad de la presión es el Pascal (Pa).

Ahora veremos un ejemplo sobre presión. Una mujer de 50.0 Kg se balancea en un tacón de un par de zapatos de tacón alto. Si el tacón es circular y tiene un radio de 0,500 cm, ¿Qué presión ejerce ella sobre el piso?

Esta mujer se encuentra balanceándose sobre el tacón, lo que quiere decir que está ejerciendo presión sobre el piso con la punta del tacón, calculemos cuanta presión es la que se ejerce, extraigamos los datos del enunciado.

Si observamos nuestros datos veremos que las unidades no se encuentran todas expresadas en el sistema M.K.S por lo que debemos transformar cm a m.

Ahora analicemos los datos y los que nos piden. Para poder calcular la presión es necesario conocer el área del tacón y como en el enunciado nos dicen que es circular, podemos determinar su área mediante la siguiente expresión:

Como ya conocemos el radio del tacón, entonces nos queda que

Ya tenemos el área del tacón, ahora determinemos el peso del cuerpo, para poder conocer la fuerza que se ejerce.

Sabemos que la masa de la mujer es de 50,0 kg entonces:

Como ya conocemos el valor del área y de la fuerza, procedemos a calcular la presión.

Lo que quiere decir, que la mujer que se encuentra balanceándose sobre el tacón, ejerce una presión sobre el piso de 6,24 MPa.

Zemansky, S. (2009). Física Universitaria Volumen I. México: Pearson Educación.

Serway, R & Jewett, J. (2005). Física para Ciencias e Ingenierías, Volumen I. México: International Thomson Editores, S.A

Nota: Los diagramas presentados en esta publicación son diseñados y editados por mi persona utilizando elementos e imágenes del programa Microsoft Power Point.