Fundamentos (Fluidos)

Propiedades de los fluidos: densidad, compresibilidad, presión estática y tensión superficial.

Idea general del tema

Un fluido es una sustancia que se deforma continuamente bajo un esfuerzo cortante, por pequeño que sea. Esa propiedad distingue líquidos y gases de los sólidos y obliga a describirlos con magnitudes locales: densidad, presión, compresibilidad y, en la superficie de un líquido, tensión superficial.

El tema define cada una de esas propiedades, sus unidades y sus órdenes de magnitud, y establece cuándo se puede tratar un fluido como incompresible, hipótesis que simplifica casi todo lo que viene después.

Qué se comprende al terminar

Al terminar, el alumno debe ser capaz de calcular la densidad de una sustancia y la presión que produce una fuerza sobre una superficie, estimar cuánto se comprime un fluido bajo presión y explicar fenómenos de tensión superficial como la forma de las gotas.

Asimismo, debe saber por qué un líquido se considera incompresible y por qué un gas no lo es.

Ruta didáctica recomendada

1. Concepto de Fluido: qué distingue a un fluido de un sólido y qué se entiende por medio continuo.
2. Densidad: masa por unidad de volumen y su dependencia de la temperatura y la presión.
3. Presión: fuerza normal por unidad de área, sus unidades y su carácter escalar en un punto.
4. Compresibilidad: módulo volumétrico y condiciones de incompresibilidad.
5. Tensión Superficial: fuerza por unidad de longitud en la superficie de un líquido y capilaridad.

Criterio físico que hay que adquirir

El criterio esencial es distinguir presión de fuerza: la presión actúa en un punto y en todas las direcciones, mientras que la fuerza sobre una pared se obtiene multiplicando por el área. Para un líquido, la densidad es prácticamente constante; para un gas, depende de la presión y la temperatura.

Conexión con problemas reales

• medida de densidades en laboratorio.
• neumáticos, globos y recipientes a presión.
• insectos que caminan sobre el agua.
• tubos capilares y plantas.

Objetivo final del tema

El objetivo final es dominar las magnitudes básicas de los fluidos y saber cuándo pueden simplificarse en un modelo.