Hidrostática (I)
Introducción
Te doy la más cordial bienvenida a esta quinta clase virtual denominada “Hidrostática”, en esta clase comenzaré explicando la denominación del fluido y de la Hidráulica.
Se denomina fluido a un tipo de medio continuo formado por alguna sustancia entre cuyas moléculas solo hay una fuerza de atracción débil, pudiendo ser líquidos o gases. La Hidráulica, es la parte de la Física que estudia la mecánica de los líquidos, analiza las leyes que rigen su movimiento e investiga las técnicas que permiten el mejor aprovechamiento del agua. La hidráulica se divide en dos partes: la Hidrostática, la cual estudia los líquidos en reposo y la Hidrodinámica, que estudia el comportamiento de los líquidos en movimiento.
Durante esta unidad se discutirán, primeramente, las características de los líquidos, cuyo análisis dará un mayor entendimiento a los fenómenos relacionados con la hidráulica.
Desarrollo del tema
Densidad
La densidad (llamada también masa específica) es una propiedad intensiva que se define como la razón entre la masa y el volumen de un cuerpo, como se observa en la ecuación 1.1:
Donde, de acuerdo con el SI, la masa tiene unidades de Kg y el Volumen en m3.
Densidad Relativa
Por su parte, la densidad relativa (o gravedad específica) es una cantidad adimensional, resultado de dividir la densidad de una sustancia entre la densidad del agua (a una temperatura de 4 °C), es decir:
Peso Específico
Además, existe el concepto de peso específico, el cual relaciona el peso que tiene un cuerpo con su volumen, como se observa en la ecuación 1.3:
Donde, de acuerdo al SI, el peso tiene unidades de N y el Volumen en m3.
El peso específico también se puede definir en función del peso y la gravedad de la siguiente manera:
En la naturaleza, todas las sustancias existentes poseen, entre otras propiedades, un valor numérico que da cuenta de su densidad característica.
A continuación visualiza los siguientes videos:
Características de los líquidos.
a) Viscosidad.
La viscosidad de un líquido es debida al rozamiento que tienen las moléculas del líquido entre sí cuando el líquido fluye. Se puede definir a la viscosidad como una medida de la resistencia que tiene un líquido a fluir, mientras más viscoso es un líquido, tarda más tiempo en fluir.
b) Cohesión.
Es la atracción que existe entre moléculas una misma sustancia, manteniéndolas unidas.
c) Adherencia.
Es la atracción que existe entre moléculas de dos sustancias diferentes que se encuentran en contacto, como el agua y el vidrio.
d) Capilaridad.
Es el movimiento ascendente que presenta un líquido a través de un tubo fino (o delgado) y hueco, que recibe el nombre de tubo capilar. Las moléculas del líquido son atraídas por las moléculas del tubo por causa de las interacciones intermoleculares. De esta forma, el líquido queda adherido a las paredes. Cuando el tubo capilar se introduce en agua, el agua asciende por el tubo capilar teniendo una mayor altura que la de la superficie del líquido, formando un menisco cóncavo. Si ahora se introduce el tubo capilar en mercurio, el mercurio desciende debido a una depresión, formándose un menisco convexo.
e) Tensión superficial.
Es una medida de la fuerza elástica que existe en la superficie de un líquido. Este fenómeno se presenta debido a la atracción entre las moléculas de un líquido que hace que la superficie libre de los líquidos se comporte como una membrana elástica tensa. Como consecuencia de los puentes de hidrógeno, el agua posee mayor tensión superficial que cualquier otro líquido, por lo tanto, mientras mayores sean las interacciones intermoleculares de un líquido, mayor será la tensión superficial del mismo. Ver figura 1.4.
Conclusión
La Hidráulica es una rama de la Física que estudia el comportamiento de los fluidos, ya sea que estén en reposo (Hidrostática) o en movimiento (Hidrodinámica). El conocer las propiedades que presentan los líquidos permite entender muchos fenómenos que suceden en la naturaleza, como es la forma en que las plantas absorben sus nutrientes gracias a la capilaridad o cómo es posible que los cuerpos floten debido a su densidad.