Los fluidos son sustancias que pueden fluir, como por ejemplo el agua o el aceite. En física, se define el flujo como el movimiento de los fluidos. Estas sustancias no tienen una forma fija, por lo que pueden adaptarse a la forma del recipiente en el que se encuentren.
La mecánica de fluidos es la rama de la física que estudia el comportamiento de los fluidos. Esta rama se divide en la dinámica (si están en movimiento) y la estática (si están en reposo).
Para ello es necesario conocer bien el concepto de fluido, sus características principales, los diferentes tipos en los que se clasifican y las propiedades que los definen.
¿Qué es un fluido?
Un fluido es un tipo de medio continuo constituido por un conjunto de partículas que se mantienen unidas por una fuerza de atracción débil.
Los fluidos son una de las cuatro categorías de la materia. La materia se puede dividir en sólidos, líquidos, gaseosos y plasma.
A diferencia de los sólidos, un fluido no puede soportar un esfuerzo cortante durante un tiempo apreciable.
Los líquidos tienen una forma definida pero un volumen variable. Esto significa que los líquidos se pueden cambiar de forma y adaptar a los recipientes que los contienen, pero no pueden expandirse o contraerse libremente. Por otro lado, los gases, no tienen ni forma ni volumen definidos.
Tipos de fluidos
Los fluidos se pueden clasificar en varios tipos, dependiendo de su comportamiento en respuesta a las fuerzas:
Fluidos Newtonianos
En los fluidos newtonianos la viscosidad se considera constante. Los fluidos newtonianos son aquellos que siguen las leyes de Newton para el movimiento de los fluidos en los que la viscosidad se considera constante. La curva que describe la relación entre el esfuerzo contra su velocidad de deformación es lineal.
La mayoría de los líquidos y gases comunes entran en esta categoría.
Fluidos No Newtonianos
Un fluido no newtoniano es un líquido que no se comporta de acuerdo a la ley de viscosidad de Newton.
Cuando está en reposo, se comporta como un líquido. Sin embargo, con una fuerza aplicada o al variar la temperatura, su viscosidad varía. Es decir, no tiene un valor de viscosidad definido y constante.
En general, al bajar la temperatura en un fluido aumenta su viscosidad.
La mayoría de los fluidos no newtonianos son más viscosos cuando se les somete a una fuerza lenta y menos viscosos cuando se les somete a una fuerza rápida.
Un ejemplo de fluido no newtoniano es la mezcla de agua con harina de maíz, un experimento que se puede realizar fácilmente con niños.
Propiedades de los fluidos en física
Las propiedades de un fluido son las que definen cómo se comporta un fluido o un gas tanto en reposo como en movimiento. Existen propiedades primarias y propiedades secundarias del fluido.
Propiedades primarias
- La presión indica la fuerza por unidad de área.
- La densidad indica la masa por unidad de volumen.
- La temperatura mide la noción de calor de un fluido. La temperatura está relacionada con la energía cinética de las partículas del sistema.
- La energía interna es la energía total que contiene un sistema termodinámico.
- Entalpía.
- La entropía es la magnitud termodinámica que permite calcular la parte de la energía calorífica que no puede utilizarse para producir trabajo.
- El calor específico es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura a un valor determinado.
- La viscosidad es la dificultad para fluir.
Propiedades secundarias
Caracterizan el comportamiento específico de los fluidos.
- La viscosidad de un fluido representa la resistencia que presenta éste a fluir.
- La conductividad térmica indica la facilidad con la que el calor pasa a través del fluido.
- La tensión superficial es una manifestación de las fuerzas intermoleculares en el interior de los líquidos. La tensión superficial comporta que la superficie de cualquier líquido se comporte como si sobre ésta existiera una membrana de tensión.
- La compresión es la variación que experimenta un fluido debido a esfuerzos de presión.
Diferencias entre líquidos y gases
Los fluidos líquidos y gaseosos se diferencian principalmente en la densidad, la compresibilidad y la forma en que ocupan el espacio.
Los líquidos son más densos y tienen una estructura molecular más ordenada, lo que les confiere una volumetría definida. Además, los líquidos son prácticamente incompresibles, manteniendo su volumen bajo presión.
Por otro lado, los gases tienen una densidad mucho menor, adoptan la forma del recipiente y son altamente compresibles. Las partículas gaseosas tienen mayor energía cinética y están más separadas, lo que les permite expandirse y ocupar cualquier volumen disponible.
