Propiedades físicas que caracterizan el
comportamiento de los fluidos en reposo
Viscosidad, tensión superficial,
capilaridad, cohesión, adhesión, incompresibilidad, densidad, peso especifico,
presión
Viscosidad
Esta propiedad se
origina por el rozamiento de unas partículas con otras cuando un líquido fluye.
Por tal motivo, la viscosidad se
puede definir como una medida de la resistencia que opone un líquido a fluir.
La unidad de
viscosidad en el Sistema Internacional es el pascal-segundo (pa· s), definido como la viscosidad que tiene un
fluido cuando su movimiento rectilíneo uniforme sobre una superficie plana es
retardado por una fuerza de newton por metro cuadrado de superficie de contacto
con el fluido, cuya velocidad respecto a la superficie es de un metro por segundo.
Unidades de viscosidad
Medidas de la viscosidad
La viscosidad de
un fluido puede medirse por un parámetro dependiente de la temperatura llamado
coeficiente de viscosidad o simplemente viscosidad:
- Coeficiente de
viscosidad dinámico,
designado como η o μ. En unidades en el SI:
[µ] = [Pa·s] = [kg·m-1·s-1] ; otras unidades:
1 poise = 1 [P] = 10-1
[Pa·s] = [10-1 kg·s-1·m-1]
- Coeficiente de viscosidad cinemático, designado como ν, y que resulta ser igual al cociente entre el coeficiente de viscosidad dinámica y la densidad del fluido. ν = μ/ρ. (En unidades en el SI: [ν] = [m2.s-1]. En el sistema cegesimal es el stokes (St).
Tensión
superficial
La tensión
superficial hace que la superficie libre de un liquido se comporte como una
finísima membrana elástica.
Este fenómeno se
presenta debido a la atracción entre las
moléculas del líquido. Cuando se coloca un liquido en un recipiente, las
moléculas interiores se atraen entre sí en todas direcciones por fuerzas
iguales que se contrarrestan unas con otras, pero las moléculas de la
superficie libre del liquido solo son atraídas por las inferiores y laterales más
cercanas. Por tanto, la resultante de las fuerzas de atracción ejercidas por
las moléculas próximas a una de la superficie se dirige hacia el interior del líquido,
lo cual da origen a la tensión superficial.
Debido a la
tensión superficial una pequeña masa de líquido tiende a ser redonda en el
aire, tal es el caso de las gotas; los insectos pueden caminar sobre el agua, o
una aguja puede ponerse en forma horizontal sobre un líquido y no se hundirá.
Capilaridad
La capilaridad se
presenta cuando hay contacto entre un líquido y una pared solida, especialmente
si son tubos muy delgados (casi del diámetro de un cabello) llamados capilares.
Cohesión
Es la fuerza que
mantiene unidas a las moléculas de una misma sustancia. Por la fuerza de cohesión,
si se juntan dos gotas de agua forman una sola; lo mismo sucede con dos gotas
de mercurio.
Adherencia
La adherencia es
la fuerza de atracción que se manifiesta entre las moléculas de dos sustancias
diferentes en contacto. Comúnmente las sustancias liquidas se adhieren a los
cuerpos sólidos.
En general, cuando
el fenómeno de adherencia se presenta significa que la fuerza de cohesión entre
las moléculas de una misma sustancia es menor a la fuerza de adherencia que
experimenta al contacto con otra.
Incompresibilidad
Los líquidos se
consideran prácticamente incompresibles. No sucede así con los gases que, como
ya señalamos, pueden comprimirse con facilidad debido a la separación existente
entre sus moléculas y son expansibles, por lo cual su volumen no es constante.
Un liquido no tiene forma definida, pero si volumen definido.
Densidad
La densidad p de una sustancia, también llamada masa especifica, es una propiedad
característica o intensiva de la materia y expresa la masa contenida de dicha
sustancia en la unidad de volumen. Su valor se determina dividiendo la masa de
la sustancia entre el volumen que ocupa:
Peso específico
El peso específico de una sustancia también es una propiedad característica; su valor se determina dividiendo su peso entre el volumen que ocupa:
Presión
La presión indica
la relación entre la magnitud de una fuerza aplicada y el área sobre la cual
actúa. En cualquier caso en que exista presión, una fuerza actuara en forma
perpendicular sobre una superficie. Matemáticamente la presión se expresa por:
En conclusión, la presión es directamente proporcional a
la magnitud de la fuerza e inversamente proporcional al área sobre la que actúa
dicha magnitud de la fuerza.
Presión
hidrostática
La presión hidrostática es aquella que origina
todo líquido en todos los puntos del líquido y las paredes del recipiente que
lo contiene. Esto se debe a la fuerza que el peso de las moléculas
ejerce sobre un area determinada. La
presión aumenta conforme sea mayor la profundidad, y solo es nula en la
superficie libre del líquido.
La presión
hidrostática (Ph) en cualquier punto puede calcularse multiplicando el peso
específico (Pe) por la altura (h) que hay desde la superficie libre del
líquido hasta el punto considerado:
Paradoja
hidrostática de Stevin
La llamada paradoja (lo
que va en contra de la opinión común) hidrostática
de Stevin señala que: la presión ejercida por un liquido, en cualquier
punto de un recipiente, no depende de la forma de este ni de la cantidad de
liquido contenido, sino solo del peso
especifico y de la altura que haya del punto considerado a la superficie libre
del liquido.
Presión
atmosférica
La tierra está
rodeada por una capa de aire llamada atmosfera.
El aire, que es una mezcla 20 % de oxigeno, 79 % de nitrógeno y 1 % de gases
raros, debido a su peso ejerce una presión sobre todos los objetos o cuerpos
físicos que están en contacto con el, la cual es llamada presión atmosférica.
La presión atmosférica varía con la altura,
por lo que al nivel del mar tiene su máximo valor o presión normal equivalente
a:
1 atmosfera = 760 mm de Hg =
1.013 x 105 N/m² = 1.013 x 105
Pa= 1.033 kg/cm²
Barómetro de
mercurio, experimento de Torricelli
La presión atmosférica
no puede calcularse fácilmente, pero si medirse utilizando un barómetro, instrumento que sirve para
determinar en forma experimental la presión atmosférica. Evangelista Torricelli
(1608-1647) fue el primero en idear un barómetro de mercurio para este fin
lleno de mercurio un tubo de vidrio de casi un metro de longitud cerrado por un
extremo, tapo con su dedo el extremo abierto, invirtió el tubo y o introdujo en
la superficie de mercurio contenido en una cuba. Al retirar su dedo observo que
el líquido descendía del tubo hasta alcanzar un equilibrio a una altura de 16
cm sobre la superficie libre del mercurio.
La fuerza que equilibra e impide el descenso de
la columna de mercurio en el tubo es igual a la que se ejerce debido a la
presión atmosférica sobre la superficie libre del mercurio y es la misma que recibe
el tubo de vidrio por su extremo abierto.
Al conocer el
experimento de Torricelli al nivel del mar, Pascal supuso que si la presión atmosférica tenía su origen en el
peso del aire que envolvía a la Tierra, la presión barométrica seria menor a
mayor altura como consecuencia de disminuir la capa de aire.
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ResponderEliminarExcelente :D
ResponderEliminarHola
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