Las leyes de los fluidos líquidos son principios fundamentales que describen el comportamiento de los líquidos en movimiento o en reposo. Estas leyes, como la ecuación de la continuidad, la Ley de Bernoulli, la Ley de Pascal y la Ley de Arquímedes, entre otras, son cruciales en diversas disciplinas como la ingeniería, la física y la biología.
Proporcionan un marco teórico para comprender fenómenos de la mecánica de fluidos como el flujo de líquidos en sistemas de tuberías, la flotación de objetos en fluidos, el diseño de aeronaves y la circulación sanguínea en el cuerpo humano.
A continuación ofrecemos una explicación simplificada de estas leyes, principios y ecuaciones.
Ecuación de continuidad
Imaginemos un río caudaloso que fluye constantemente. La ecuación de continuidad nos dice que la cantidad de agua que entra en un punto dado del río debe ser igual a la cantidad que sale en el mismo punto, siempre que no haya acumulación o pérdida de agua en el sistema.
Esta ley establece una relación directa entre la velocidad y el área transversal de un flujo de fluido. En ingeniería, a menudo se aplica esta ley en el diseño de sistemas de tuberías y canales para garantizar un flujo uniforme y eficiente de líquidos.
Ecuación de Bernoulli
Si alguna vez has soplado sobre la superficie de una bebida caliente para enfriarla, has experimentado la ecuación de Bernoulli en acción. Esta ley establece una relación entre la presión, la velocidad y la altura de un fluido incompresible en movimiento.
En un flujo sin fricción, la energía total del fluido (cinética, potencial y de presión) permanece constante a lo largo del flujo. Los aviones vuelan, los carros de montaña rusa se deslizan y las gotas de lluvia caen debido a los principios descritos por esta ley.
Principio de Pascal
Imagina una bolsa de agua con varias pajitas insertadas. Si aplicas presión en una pajita, todas las demás sentirán el efecto. El principio de Pascal establece que la presión aplicada en un punto de un fluido contenido en un recipiente se transmite sin disminución a todos los puntos del fluido y a las paredes del recipiente.
Este principio de la fluidotecnia se aplica en la ingeniería hidráulica y en la comprensión del funcionamiento de dispositivos como los gatos hidráulicos utilizados para levantar autos en los talleres mecánicos.
Principio de Arquímedes
Cuando te sumerges en una piscina, experimentas el principio de Arquímedes en acción. Este principio establece que un objeto sumergido en un fluido experimenta una fuerza de flotación igual al peso del volumen del fluido desplazado por el objeto.
Por ejemplo, los barcos flotan porque el agua que desplazan pesa tanto como el propio barco. Mediante esta ley se pueden estudiar fenómenos como la flotación de icebergs y la formación de corrientes oceánicas.
Ley de Stokes
Esta ley, desarrollada por el físico británico George Gabriel Stokes en el siglo XIX, describe la fuerza de arrastre experimentada por una partícula esférica de tamaño pequeño que se mueve a través de un fluido viscoso a velocidades relativamente bajas.
La ley de Stokes es especialmente relevante en la micro fluidodinámica y en aplicaciones donde el movimiento de partículas pequeñas en líquidos viscosos juega un papel importante, como en la sedimentación de partículas en suspensión, la difusión de partículas en fluidos biológicos y la filtración en sistemas de membranas. Además, se utiliza en la determinación de viscosidades de fluidos mediante técnicas experimentales como la viscosimetría.
Un ejemplo de esta ley se produce cuando una gota de lluvia cae lentamente por la ventana, estás viendo la ley de Stokes en acción.