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15: Mecánica de Fluidos

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    Objetivos de aprendizaje

    • Comprender el concepto de presión y cómo se modela la presión en un fluido.
    • Entender cómo modelar el gradiente de presión debido a la gravedad.
    • Comprender el principio de Pascal y cómo modelar elevadores hidráulicos y dispositivos de detección de presión.
    • Entender cómo un gradiente de presión conduce a una fuerza de flotabilidad.
    • Entender la diferencia entre flujo laminar y turbulento.
    • Comprender la ecuación de continuidad, y los conceptos de flujo másico y volumétrico.
    • Entender cómo aplicar el Principio de Bernoulli para modelar la velocidad y la presión dentro de un fluido que fluye.
    • Entender cómo modelar la resistencia al flujo en una tubería usando la viscosidad de un fluido.

    En este capítulo, presentamos las herramientas necesarias para modelar la dinámica de los fluidos. Esto nos permitirá modelar cómo pueden flotar los objetos, cómo fluye el agua a través de una tubería y cómo las alas de avión crean elevación. Comenzaremos por introducir el concepto de presión y modelar fluidos estáticos (hidrostáticos) antes de desarrollar modelos para fluidos que fluyen (hidrodinámica). Los fluidos se definen generalmente como la fase de la materia en la que los átomos (o moléculas) solo se unen libremente entre sí, como en gases o líquidos. La mayor parte del formalismo que desarrollemos se aplicará a cualquier fluido (gas, líquido, plasma), aunque muchas veces nos limitaremos a modelar las situaciones más simples (por ejemplo, flujo laminar de un líquido incompresible).

    preludio

    Estás navegando, y el viento sopla desde el norte. Quieres viajar en contra del viento (norte). ¿En qué dirección debes apuntar tu barco/vela?

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    Figura 15.1: Posibles indicaciones puedes apuntar tu velero.
    1. Norte
    2. Sur
    3. Apunte este u oeste
    4. Alterna entre Nordeste y Noroeste
    5. No puedes ir contra el viento

    • 15.1: Presión
    • 15.2: Flotabilidad
      En esta sección, examinamos cómo el gradiente de presión en un fluido conduce a una fuerza de flotabilidad sobre un objeto que se encuentra inmerso en el fluido.
    • 15.3: Hidrodinámica
      En las secciones anteriores desarrollamos modelos “hidrostáticos” para fluidos cuando esos fluidos están en reposo (en algún marco de referencia inercial). En esta sección, desarrollamos modelos “hidrodinámicos” para discutir lo que sucede cuando fluyen los fluidos. Vamos a restringir nuestros modelos a fluidos que fluyan de manera “laminar”, en lugar de una manera “turbulenta”.
    • 15.4: Resumen
    • 15.5: Pensando en el material
    • 15.6: Problemas y soluciones de la muestra


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