Definición de Mecánica de Fluidos
M.C. en Ingeniería y Física Biomédicas
La mecánica de fluidos es una rama de la física que estudia la respuesta de los fluidos a fuerzas externas que se ejercen sobre ellos. Esta subcategoría de la mecánica estudia el comportamiento de los fluidos en reposo, estática de fluidos o en movimiento dinámica de fluidos.
La mecánica de fluidos está subdividida en muchas especialidades. La hidrodinámica, por ejemplo, estudia el movimiento de líquidos incompresibles, como es el caso del agua, y esta rama tiene una subdivisión en sí misma llamada hidráulica, la cual se ocupa de estudiar el comportamiento del flujo de los líquidos incompresibles a través de canales y sistemas de tuberías. También, existen subdivisiones que estudian el comportamiento de fluidos en estado gaseoso, como la dinámica de gases y la aerodinámica, esta última resulta esencial para el desarrollo de vehículos, desde automóviles hasta cohetes.
Para entender del todo la definición de mecánica de fluidos, debemos hacer referencia al significado de fluido, con este término nos referimos a un material en estado líquido o gaseoso, que se deforma constantemente bajo la acción de un esfuerzo de corte u otra fuerza externa. Un sólido, normalmente, resiste un esfuerzo cortante, deformándose, y en algunos casos, regresando a su forma original (elástico), en cambio, un líquido o un gas no resiste la acción de una fuerza cortante aplicada sobre él, sino que se deforma continuamente, por pequeño que sea este esfuerzo. En otras palabras, si el esfuerzo de corte nunca cede, el fluido se deformará por un tiempo infinito. Todos estos comportamientos de los distintivos estados de la materia que los clasifican como sólidos, líquidos o gases, recaen en su estructura e interacciones moleculares, los líquidos y gases tienen interacciones moleculares más débiles que los sólidos, lo que les permite ser deformados bajo una fuerza de manera constante, es decir, la acción de “fluir”.
Un “esfuerzo tensión” o simplemente esfuerzo, se define como la fuerza aplicada por unidad de área, el componente normal de esta fuerza es llamado “esfuerzo normal”, mientras que el componente tangencial a la superficie es llamado “esfuerzo de corte”, que es precisamente el responsable de deformar continuamente a un fluido. En un fluido estacionario, el esfuerzo normal es llamado “presión”. Cuando este fluido se intenta deformar por un esfuerzo de corte externo al recipiente que lo contiene, las paredes sólidas eliminaran este esfuerzo, sin embargo, si las paredes desaparecen, el esfuerzo de corte hará que el fluido comience a moverse. En un líquido, las moléculas agrupadas se podrán mover en función del movimiento de moléculas vecinas, pues, aunque las fuerzas intermoleculares sean muy débiles, existen fuerzas cohesivas entre ellas que les permiten presentar ese comportamiento ante un esfuerzo de corte. Esto explica en gran medida el comportamiento de fluidos, como el agua, dentro de diferentes sistemas, tanto en reposo como en movimiento.
Ejemplos aplicados de la Mecánica de Fluidos
Por sofisticado que suene el término, esta ciencia se aplica en nuestra vida cotidiana más frecuentemente de lo que pensamos. Al usar una aspiradora para asear nuestro espacio, estamos aplicando un producto que se diseñó bajo los principios de la mecánica de fluidos. Al utilizar agua que emana de sistemas fluviales, como las tuberías de nuestra casa, estamos, inevitablemente, disfrutando de un servicio que es posible gracias a la aplicación de la mecánica de fluidos. Incluso, nuestro cuerpo es objeto de estudio para la mecánica de fluidos, desde los procesos fisiológicos que nos permiten respirar, hasta la sangre que recorre nuestro sistema circulatorio, son procesos que se modelan bajo la mecánica de fluidos.
Si hablamos de cuestiones menos cotidianas, la mecánica de fluidos es la base del diseño de múltiples sistemas ingenieriles. El diseño de tejidos y órganos en la rama biomédica, como corazones artificiales o de aparatos médicos de los que depende la vida de muchos pacientes, como respiradores artificiales y máquinas de hemodiálisis, dependen de la dinámica de fluidos para funcionar adecuadamente. En el ramo de la transportación, el diseño de automóviles, autobuses, entro otros vehículos, que funcionan a base de combustibles, dependen en gran medida de la mecánica de fluidos tanto en estado líquido como en estado gaseoso. Aviones, botes, submarinos, jets, cohetes, todos estos vehículos se mueven gracias a la aplicación de esta rama de la física en su diseño.
La naturaleza y sus fenómenos tampoco escapan de ser estudiados bajo la lupa de la mecánica de fluidos, la meteorología puede modelar ciertos patrones climatológicos, sobre todo los que tienen que ver con el ciclo del agua, gracias a la aplicación de la mecánica de fluidos. Además, el comportamiento de los grandes cuerpos de agua como ríos, lagos y océanos se describe bajo estos mismos principios.
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Trabajo publicado en: Oct., 2023.
Referencias
Cengel, Y. A., & Cimbala, J. M. (2017). Fluid mechanics: Fundamentals and applications (4th ed.). McGraw-Hill Education.Escriba un comentario
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