LA HIDRODINÁMICA

Que es la hidrodinámica? Historia de la hidrodinámica.

Es la dinámica del agua ya que estudia sus movimientos hidráulicos y las fuerzas con las que se ejerce. También incluye el estudio de la dinámica de otros líquidos.

La mecanica de fluidos o hidrodinámica tiene susorígenes en la hidraulica tanto en Mesopotamiacomo en Egipto alrededor del año 400 a.c

a lo largo de la historia aparecen inventos einvestigadores que aportan mejoras sustanciales en elcampo que hoy e denominan mecanica de fluidos; afinales del siglo xlx comienza la unificación entrehidráulicos e hidrodinámicos, la mecanica de fluidosmoderna nace con pascal , que en las primerasdécadas del siglo xx elaboro la sintesis entre lahidraulica practica y la hidrodinámica teórica.

La hidrodinámica es la parte de la físicaque estudia el movimiento de los fluidos.Este movimiento está definido por uncampo vectorial de velocidadescorrespondientes a las partículas delfluido y de un campo escalar depresiones, correspondientes a losdistintos puntos del mismo. Existendiversos tipos de fluidos:

Flujo de fluidos a régimen permanente o intermitente: aquí se tiene en cuenta la velocidad de las partículas del fluido, ya sea esta cte. o no con respecto al tiempo

Flujo de fluidos compresible o incompresible: se tiene en cuenta a la densidad, de forma que los gases son fácilmente compresibles, al contrario que los líquidos cuya densidad es prácticamente cte. en el tiempo.

Flujo de fluidos viscoso o no viscoso: el viscoso es aquel que no fluye con facilidad teniendo una gran viscosidad. En este caso se disipa energía.

Viscosidad cero significa que el fluidofluye con total facilidad sin que hayadisipación de energía. Los fluidos noviscosos incompresibles se denominanfluidos ideales.

Flujo de fluidos rotacional: esrotaciones cuando la partícula o partedel fluido presenta movimientos derotación y traslación. I rotacional escuando el fluido no cumple lascaracterísticas anteriores.

Otro concepto de importancia en eltema son las líneas de corriente quesirven para representar la trayectoria delas partículas del fluido. Esta se definecomo una línea trazada en el fluido, demodo que una tangente a la línea decorriente en cualquier punto seaparalela a la velocidad del fluido en talpunto. Dentro de las líneas de corrientese puede determinar una región tubulardel fluido cuyas paredes son líneas decorriente. A esta región se le denominatubo de flujo.

ECUACION FUNDAMENTAL DELA DINÁMICA DE FLUIDOS.Para llegar a ella se trata que sobreun fluido actúan dos tipos defuerzas: las de presión, por las quecada elemento de fluido se veafectado por los elementosrodantes, y las fuerzas exteriores queprovienen de un campoconservativo, de potencial V.

ECUACION DE CONTINUIDAD.Esta expresión expresa la idea de que la masa defluido que entra por el extremo de un tubo debesalir por el otro extremo.En un fluido en movimiento, las moléculasposeen una velocidad determinada, de formaque para conocer el movimiento del fluido, hacefalta determinar en cada instante sucorrespondiente campo de velocidades. En dichocampo es donde se obtiene el llamado tubo decorriente. El tubo de corriente es, por tanto, elespacio limitado por las líneas de corriente quepasan por el contorno de una superficie, situadaen el seno de un líquido.Para obtener la expresión de continuidad hayque partir de un elemento de volumen en formade paralelepípedo de elemento de volumen dV, ylados dx, dy y dz.

Tratamos una pequeña masa de fluido que semueve en un tubo. En la posición 2, con unasección de valor A2, el fluido tiene unarapidez v2 y una densidad 2.Corriente abajoen la posición A las cantidades son A1 , v1 y 1.Puesto que ningún fluido puede atravesar lasparedes del tubo, entonces el gasto másicodebe ser el mismo entre los dos puntos.Matemáticamente:A2 v2 2 = 1 A1 v1Esta ecuación es una particularidad de laecuación de continuidad y está definida parael caso de fluidos incompresibles, es decir dedensidad constante y estacionaria, por tanto,la velocidad en cada punto es siempre lamisma, aunque varíe de unos puntos a otros.

ECUACION DE BERNUILLI.Para el caso de un flujo irracional a régimen permanente de un fluido incompresible no viscoso, es posible caracterizar el fluido en cualquier punto de su movimiento si se especifica su rapidez, presión y elevación. Estas tres variables se relaciona con la ecuación de Bernuilli (1700-1782). En este caso hay que tener en cuenta dos consideraciones:Siempre que un fluido se desplace en un tubo horizontal y se encuentre en una región donde se reduce la sección transversal entonces hay una caída de presión del fluido.Si el fluido se somete a un aumento en su elevación, entonces la presión en la parte inferior es mayor que la presión en la parte superior. El fundamento de esta afirmación es el estudio de la estática de fluidos. Esto es verdad siempre y cuando no cambie la sección transversal del tubo.

La ecuación de Bernuilli se postula como: “en dospuntos de la línea de corriente en un fluido enmovimiento, bajo la acción de la gravedad, se verificaque la diferencia de las presiones hidrodinámicos esigual al peso de una columna de fluido de baseunidad y altura la diferencia entre los dos puntos”.La ecuación de Bernuilli tiene las siguientespropiedades:modificar la altura significa una compensación en lavariación de la presión o en la velocidadLa velocidad en un tubo de sección cte. es tambiénconstante.El principio. De conservación de energía permiteutilizar la ecuación en tubos rectos y de seccióntransversal cte. o en tubos de sección variable.Para aplicar esta ecuación s esencial identificar laslíneas de corriente y seleccionar unas estacionesdefinidas agua arriba y abajo en el fluido. Lasestaciones se eligen por conveniencia.

Uno de los grandes inventos que ayudaron que lahidrodinámica estallara fue el tornillo deArquímedes el cual consistía en elevar el agua pararegar las zonas donde no llegaba el agua por lapendiente. Hoy en día se le conoce como bombanueva que es capas de elevar cierta cantidad deagua.

Los antiguos en egipcio abrieron canales dehormigón con los que pusieron a técnicas que sepudieron generalizar por todas las partes delmediterráneoLa mayor parte del recorrido se hacíapor canales, en general cubiertos, que se construíanpor las laderas de los montes, siguiendo la líneade pendiente deseada (generalmente pequeña, delorden del 0,004%), y se situaban cada ciertotiempo cajas de agua o arcas de agua, pequeñosdepósitos que servían para regular el caudal odecantar los sólidos, normalmente arena , que lasaguas pudieran arrastrar. que sacaban agua del rionilo y así llegaban alas casas pero después de esto.Después de esto se fabricaron acueductos dondellegaba el agua

Y por medio del tornillo sin finbombeaban el agua hacia las casas paraabastecer las necesidad e Durante suestancia en Egipto dio la primeramuestra de su genio para la mecánica alinventar el tornillo sin fin o "Tornillo deArquímedes", un cilindro giratorio conuna hélice con el que se podía extraeragua de los pozos o sacar el agua quehabía entrado a un barco y la cóclea, unaparato para elevar las aguas y regarciertas regiones del Nilo, donde nollegaba el agua durante las inundaciones.