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 1.1 Conceptos Fundamentales

Concepto de fluida: Un fluido es una sustancia que se deforma continuamente bajo la acción de una fuerza, independientemente de su magnitud. Los fluidos incluyen líquidos y gases.

El fluido como medio continuo: Aunque los fluidos están compuestos por moléculas discretas, se tratan como medios continuos en mecánica de fluidos, lo que implica que sus propiedades (como la densidad y la velocidad) son continuas y varían de manera suave en el espacio.

Dimensiones primarias y secundarias: Las dimensiones primarias son las cantidades físicas básicas (longitud, masa, tiempo, etc.), mientras que las dimensiones secundarias se derivan de las primarias (velocidad, aceleración, etc.).

Homogeneidad dimensional y sistemas de unidades: La homogeneidad dimensional significa que las ecuaciones físicas deben ser dimensionalmente consistentes. Los sistemas de unidades como el Sistema Internacional (SI) se utilizan para medir las dimensiones físicas de manera coherente.

1.2 Propiedades Físicas de un Fluido

Presión: Fuerza ejercida por unidad de área en un fluido. Es un concepto clave para describir el estado de un fluido en reposo o en movimiento.

Densidad: La masa por unidad de volumen de un fluido. Es una propiedad fundamental que afecta la dinámica del fluido.

Temperatura: Una medida de la energía cinética promedio de las moléculas en el fluido. La temperatura influye en otras propiedades del fluido, como la viscosidad y la presión de vapor.

Peso específico: Es el peso por unidad de volumen de un fluido. Se relaciona directamente con la densidad y la aceleración debida a la gravedad.

Densidad relativa: Es la relación entre la densidad de un fluido y la densidad de una sustancia de referencia (generalmente agua para líquidos y aire para gases).

Tensión superficial: Es la energía por unidad de área en la superficie de un líquido, que causa que las superficies de los líquidos se comporten como si estuvieran cubiertas por una membrana elástica.

Presión de vapor: Es la presión que ejerce un vapor en equilibrio con su líquido a una temperatura dada. Una alta presión de vapor implica una mayor tendencia del líquido a evaporarse.

Cavitación: Ocurre cuando la presión en un fluido cae por debajo de su presión de vapor, lo que provoca la formación de burbujas de vapor. Puede dañar las superficies sólidas en contacto con el fluido.

Viscosidad y viscoelasticidad: La viscosidad es una medida de la resistencia interna de un fluido al flujo. Los fluidos viscoelásticos tienen propiedades tanto viscosas como elásticas, mostrando comportamientos intermedios entre sólidos y líquidos.

Fluidos no newtonianos: Son aquellos cuya viscosidad no es constante y depende de la tasa de deformación. Algunos ejemplos incluyen fluidos dilatantes (aumentan su viscosidad con el esfuerzo), pseudoplásticos (disminuyen su viscosidad con el esfuerzo), reopécticos (aumentan su viscosidad con el tiempo bajo tensión), y tixotrópicos (disminuyen su viscosidad con el tiempo bajo tensión).

1.3 Concepto de Presión, Medición y Escalas de Presión

Presión y gradiente de presión: La presión es la fuerza por unidad de área aplicada sobre una superficie. El gradiente de presión es la variación de presión en el espacio. Las presiones pueden medirse en términos absolutos, diferenciales, manométricas o de vacío.

Ley de Pascal: Establece que la presión aplicada en un punto de un fluido incompresible se transmite uniformemente en todas las direcciones.

Instrumentos para la medición de presión: Se utilizan manómetros, barómetros y vacuómetros para medir presiones en diferentes escalas (absoluta, manométrica, de vacío).

1.4 Fuerzas Hidrostáticas

Fuerzas hidrostáticas sobre superficies planas: La fuerza ejercida por un fluido en reposo sobre una superficie plana es perpendicular a la superficie y depende de la presión y el área.

Fuerzas hidrostáticas sobre superficies curvas: En superficies curvas, las fuerzas hidrostáticas se descomponen en componentes horizontales y verticales.

Fuerzas hidrostáticas en fluidos estratificados: Los fluidos estratificados tienen diferentes densidades en distintas capas, lo que afecta las fuerzas hidrostáticas en cada capa.

1.5 Flotación y Estabilidad

Flotación: Un cuerpo flota en un fluido si su peso es igual al peso del fluido desplazado. Este principio se basa en la Ley de Arquímedes.

Estabilidad: La estabilidad de un cuerpo flotante depende de la posición del centro de gravedad y el centro de flotación. Un cuerpo es estable si vuelve a su posición original tras ser perturbado.