FÍSICA DE FLUIDOS

Curso de Física con Juan

Física de fluidos desde cero

Aprende hidrostática y dinámica de fluidos mediante explicaciones claras, fórmulas fundamentales y problemas resueltos paso a paso.

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La física de fluidos estudia el comportamiento de los líquidos y de los gases, tanto cuando permanecen en reposo como cuando se encuentran en movimiento.

Esta rama de la física permite explicar el funcionamiento de una prensa hidráulica, la flotación de un barco, la salida de agua por un depósito, el movimiento de la sangre, el tubo de Pitot y muchos otros fenómenos.

En esta página encontrarás una ruta de aprendizaje progresiva. Todas las entradas publicadas con la etiqueta Física de Fluidos aparecerán automáticamente al final.

Ruta de aprendizaje recomendada

1

Comprender las magnitudes

Densidad, presión, volumen, velocidad y caudal.

2

Estudiar los fluidos en reposo

Presión hidrostática, Pascal, Arquímedes y flotación.

3

Analizar los fluidos en movimiento

Continuidad, Bernoulli, Torricelli y tubo de Pitot.

4

Comprender la viscosidad

Flujo laminar, flujo turbulento y número de Reynolds.

5

Resolver aplicaciones

Depósitos, tuberías, prensas hidráulicas y aviones.

6

Elegir la ley adecuada

Aprender a reconocer qué fórmula necesita cada problema.

1

Magnitudes fundamentales de los fluidos

Comenzamos con la densidad, la presión, el volumen, el caudal y la velocidad del fluido.

\[\rho=\frac{m}{V}\]
\[p=\frac{F}{A}\]
\[Q=\frac{\Delta V}{\Delta t}\]
\[Q=Av\]

La densidad mide la masa por unidad de volumen. La presión relaciona una fuerza perpendicular con el área sobre la que actúa. El caudal mide el volumen de fluido que atraviesa una sección por unidad de tiempo.

2

Presión hidrostática

Un líquido en reposo ejerce presión debido a su propio peso. La presión aumenta con la profundidad y depende de la densidad del líquido.

\[p_h=\rho gh\]
\[p=p_0+\rho gh\]
Idea importante: a la misma profundidad, todos los puntos de un mismo líquido conectado tienen la misma presión.
3

Principio de Pascal y prensa hidráulica

La presión aplicada a un fluido confinado se transmite a todos los puntos del fluido.

\[p_1=p_2\]
\[\frac{F_1}{A_1}=\frac{F_2}{A_2}\]

Una prensa hidráulica permite obtener una fuerza grande aplicando una fuerza menor sobre un pistón de menor área.

4

Principio de Arquímedes y flotación

Todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido experimenta un empuje vertical hacia arriba igual al peso del fluido desalojado.

\[E=\rho_f gV_s\]
\[E=P \qquad \text{en equilibrio}\]
Atención: la igualdad \(E=P\) se cumple cuando el cuerpo está en equilibrio vertical.
5

Caudal y ecuación de continuidad

En un fluido incompresible y estacionario, el caudal permanece constante a lo largo de una tubería.

\[Q=Av\]
\[A_1v_1=A_2v_2\]

Cuando disminuye el área de la tubería, la velocidad del fluido aumenta.

6

Ecuación de Bernoulli y teorema de Torricelli

Bernoulli expresa la conservación de la energía mecánica por unidad de volumen a lo largo de una línea de corriente.

\[p+\frac12\rho v^2+\rho gh=\text{constante}\]
\[v=\sqrt{2gh}\]

Torricelli permite calcular la velocidad de salida de un líquido por un orificio situado a una profundidad \(h\).

7

Viscosidad, Reynolds, Poiseuille y Stokes

La viscosidad representa la resistencia interna de un fluido al movimiento relativo entre sus capas.

\[\operatorname{Re}=\frac{\rho vD}{\mu}\]
\[Q=\frac{\pi r^4\Delta p}{8\mu L}\]
\[F_{\mathrm{Stokes}}=6\pi\mu rv\]
\[P_{\mathrm{perdida}}=\Delta p\,Q\]

El número de Reynolds ayuda a distinguir entre flujo laminar y flujo turbulento.

8

Tensión superficial y capilaridad

Las moléculas situadas en la superficie de un líquido experimentan una interacción diferente de las moléculas del interior.

\[F=\gamma L\]
\[h=\frac{2\gamma\cos\theta}{\rho gr}\]

La capilaridad explica por qué algunos líquidos ascienden por tubos estrechos y otros descienden.

Cómo elegir la fórmula correcta

  • Si aparece una profundidad, piensa en presión hidrostática.
  • Si hay pistones comunicados, utiliza el principio de Pascal.
  • Si un cuerpo flota o está sumergido, analiza el empuje.
  • Si cambia el área de una tubería, utiliza continuidad.
  • Si aparecen presión, velocidad y altura, piensa en Bernoulli.
  • Si hay pérdidas o rozamiento interno, estudia la viscosidad.

Problemas y clases de Física de Fluidos

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Preguntas frecuentes

¿Qué diferencia existe entre hidrostática e hidrodinámica?
La hidrostática estudia los fluidos en reposo. La hidrodinámica estudia los fluidos en movimiento.
¿Qué representa la presión en un fluido?
La presión representa la fuerza perpendicular ejercida por unidad de área.
¿Cuándo se utiliza el principio de Arquímedes?
Se utiliza cuando un cuerpo está total o parcialmente sumergido y necesitamos calcular el empuje, el volumen sumergido o las condiciones de flotación.
¿Cuándo se aplica la ecuación de Bernoulli?
Se aplica para relacionar presión, velocidad y altura en distintos puntos de un fluido.
¿Qué indica el número de Reynolds?
Permite estimar si el flujo es laminar, de transición o turbulento.

Aprende Física de Fluidos resolviendo problemas

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