Tema 6. Propiedades elásticas de los materiales. Dinámica de fluidos

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Tema 6. Dinámica de fluidos 12 3.2 Ejemplo objeto fluido desalojado Caso I. Objeto totalmente sumergido, Vf = Vc (Vc, volumen del cuerpo). empuje peso del cuerpo −→ −→ fe = ρfgVc P = ρcgVc −→ fneta = fe − P = (ρf − ρc)gVc Entonces existen dos posibilidades: ρf > ρc =⇒ fneta hacia arriba −→ el objeto flota ρf < ρc =⇒ fneta hacia abajo −→ el objeto se hunde Un hecho importante es que cuando un objeto se pesa en el aire sufre un empuje ascen- sional, debido a que el aire es un fluido. Pero su densidad es tan pequeña que este empuje no es más que una corrección pequeñísima al peso del cuerpo en el vacío. Caso II. Objeto parcialmente sumergido, Vf = Vc. En este caso la fuerza de empuje y el peso del objeto deben ser iguales, para que exista equilibrio. empuje −→ fe = ρfgVf peso del cuerpo −→ P = ρcgVc como P = fe −→ ρcVc = ρfVf =⇒ Vf = ρc Vc. ¿Qué fracción del volumen de un iceberg queda debajo del mar? ρf = ρmar = 1, 024 g/cm 3 Vf = ρc Vc −→ ρf Vf Vc ρc = ρhielo = 0, 917 g/cm 3 = ρc ρf = 0, 917 1, 024 ρf = 0,895 =⇒ 89,5 %
Tema 6. Dinámica de fluidos 13 4. Fluidos en movimiento Hasta ahora hemos estudiado fluidos en reposo. Dedicaremos ahora nuestra atención al estudio de la dinámica de fluidos. Para ello consideraremos la variación de las propiedades del fluido en un punto determinado como función del tiempo. Es decir, no estudiaremos la variación en el tiempo de la posición de cada partícula, sino de las propiedades globales del fluido. 4.1. Fluido ideal Cuando un fluido está en movimiento existen dos grandes tipos de flujo: i) Estacionario: Cada partícula del fluido sigue un camino uniforme y las trayectorias de dos partículas no se cortan. La velocidad, presión y densidad del fluido en un punto cualquiera no dependen del tiempo, aunque sí varíen de punto a punto del fluido. Estas condiciones suelen verificarse cuando las velocidades del flujo son pequeñas. ii) Turbulento: Por encima de una cierta velocidad crítica (para cada tipo de fluido) el flujo deja de ser estacionario. Se convierte en irregular, se forman remolinos y turbulencias y las velocidades y demás parámetros dejan de ser constantes. Se dice que el flujo es laminar, si se puede asimilar a un conjunto de láminas paralelas deslizándose entre sí sin rozamiento. Esto sólo es una simplificación de trabajo, puesto que en los fluidos reales existen problemas de rozamiento entre unas capas del fluido y otras, con lo que la energía mecánica no se conserva ya que parte de la energía cinética se transforma progresivamente en energía térmica. El camino seguido por una partícula del fluido en un flujo estacionario se denomina línea de corriente. La velocidad de la partícula siempre es tangente a la línea de corriente. Dos líneas de corriente no se pueden cortar por considerar el flujo como estacionario. Un conjunto de líneas de flujo se denomina tubo de flujo. El estudio de un fluido real es muy complejo, por lo que comenzaremos modelizando un fluido en base a ciertas hipótesis sencillas. Se dice que un fluido es ideal si se verifica lo siguiente: a) Fluido no viscoso: se desprecia la fricción interna. Un objeto que se desplace dentro del fluido no sufre fuerzas opuestas a su movimiento.
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