Si alguien le pide que defina "líquido", puede comenzar con su experiencia diaria con cosas que sabe que califican como líquidos e intentar generalizar desde allí. El agua, por supuesto, es el líquido más importante y omnipresente en la tierra; Una cosa que lo distingue es que no tiene una forma definida, sino que se ajusta a la forma de lo que la contiene, ya sea un dedal o una depresión masiva en el planeta. es probable que asocies "líquido" con "fluir", como una corriente de río, o hielo derretido que corre por el lado de una roca.
esta idea de "sabes un líquido cuando ves una", sin embargo, tiene sus límites. El agua es claramente un líquido, al igual que los refrescos. pero ¿qué pasa con un batido de leche, que se extiende sobre cualquier superficie que se vierte, pero más lentamente que el agua o soda. y si un batido de leche es un líquido, entonces, ¿qué tal un helado que está a punto de derretirse? o el helado en si? Como sucede, los físicos han producido de manera útil definiciones formales de un líquido, junto con los otros dos estados de la materia.
¿Cuáles son los diferentes estados de la materia?
la materia puede existir en uno de tres estados: como un sólido, un líquido o un gas. es posible que las personas utilicen "líquido" y "líquido" de manera intercambiable en el lenguaje cotidiano, como "beber mucho líquido cuando hace ejercicio en clima caluroso" y "es importante consumir muchos líquidos cuando se corre una maratón". pero formalmente, el estado líquido de la materia y el estado gaseoso de la materia forman fluidos. Un fluido es cualquier cosa que carece de la capacidad de resistir la deformación. Aunque no todos los fluidos son líquidos, las ecuaciones físicas que gobiernan los fluidos se aplican universalmente a los líquidos, así como a los gases. por lo tanto, cualquier problema matemático que se le solicite resolver que involucre líquidos se puede resolver utilizando las ecuaciones que gobiernan la dinámica y la cinética de los fluidos.
Los sólidos, líquidos y gases están hechos de partículas microscópicas, y el comportamiento de cada uno determina el estado resultante de la materia. en un sólido, las partículas están compactas, generalmente en un patrón regular; estas partículas vibran, o "sacuden", pero en general no se mueven de un lugar a otro. en un gas, las partículas están bien separadas y no tienen una disposición regular; vibran y se mueven libremente a velocidades considerables. Las partículas en un líquido están muy juntas, aunque no tan compactas como en los sólidos. estas partículas no tienen una disposición regular y se asemejan a los gases en lugar de los sólidos a este respecto. Las partículas vibran, se mueven y se deslizan unas sobre otras.
Tanto los gases como los líquidos asumen la forma de los contenedores que ocupan, una propiedad que los sólidos no tienen. Los gases, porque normalmente tienen mucho espacio entre las partículas, se comprimen fácilmente por fuerzas mecánicas. Los líquidos no se comprimen fácilmente y los sólidos se comprimen menos fácilmente. tanto los gases como los líquidos, que como se mencionó anteriormente se denominan juntos fluidos, fluyen fácilmente; los sólidos no lo hacen.
¿Cuáles son las propiedades de los fluidos?
Los fluidos, como se mencionó, incluyen gases y líquidos, y claramente, las propiedades de estos dos estados de la materia no son idénticas o no tendría sentido distinguirlos. para los fines de esta discusión, sin embargo, las "propiedades de los fluidos" se refieren a las propiedades compartidas por los líquidos y los gases, aunque solo se puede pensar en "líquidos" a medida que se explora el material.
Primero, los fluidos tienen propiedades cinemáticas , o propiedades relacionadas con el movimiento del fluido, como la velocidad y la aceleración. Por supuesto, los sólidos también tienen tales propiedades, pero las ecuaciones utilizadas para describirlos son diferentes. segundo, los fluidos tienen propiedades termodinámicas , que describen el estado termodinámico de un fluido. Estos incluyen temperatura, presión, densidad, energía interna, entropía específica, entalpía específica y otros. solo algunos de estos serán detallados aquí. finalmente, los fluidos tienen una serie de propiedades misceláneas que no caen en ninguna de las otras dos categorías (por ejemplo, viscosidad, una medida de la fricción de un fluido, tensión superficial y presión de vapor).
La viscosidad es útil cuando se resuelven problemas físicos que involucran objetos que se mueven a lo largo de una superficie con un fluido interpuesto entre el objeto y una superficie. Imagina un bloque de madera deslizándose por una rampa suave pero seca. Ahora imagine el mismo escenario, pero con la superficie de la rampa cubierta con un fluido como aceite, jarabe de arce o agua corriente. claramente, todo lo demás es igual, la viscosidad del fluido afectaría la velocidad y la aceleración del bloque a medida que baja por la rampa. La viscosidad se suele representar con una letra griega nu, o ν. La viscosidad cinemática o dinámica, que es la calidad de interés en problemas que involucran movimientos como el que acabamos de describir, está representada por μ, que es la viscosidad regular dividida por la densidad: μ = ν / ρ. la densidad a su vez es la masa por unidad de volumen, o m / v. ¡Tenga cuidado de no confundir las letras griegas con las letras estándar!
Otros conceptos y ecuaciones de física básica que se encuentran comúnmente en el mundo de los fluidos incluyen la presión (p), que es la fuerza por unidad de área; temperatura (t), que es una medida de la energía cinética de las moléculas en el fluido; masa (m), la cantidad de materia; peso molecular (generalmente mw), que es el número de gramos de fluido en un mol de ese fluido (un mol de 6.02 × 10 23 partículas, conocido como número de avogadro); y volumen específico, que es el recíproco de densidad o 1 / ρ. La viscosidad dinámica µ también se puede expresar como masa / (longitud × tiempo).
en general, un fluido, si tuviera una mente, no le importaría cuánto se deforme; no hace ningún esfuerzo por "corregir" las alteraciones de su forma. en la misma línea, un fluido no tiene preocupación por la rapidez con que se deforma; Su resistencia al movimiento depende de la velocidad de deformación. La viscosidad dinámica es un indicador de cuánto resiste un fluido a la velocidad de deformación. así que si algo se desliza a lo largo, como en el ejemplo de la rampa y el bloque, y el fluido no puede "cooperar" (como sería el caso del jarabe de arce, pero no sería el caso del aceite vegetal), tiene un Alto valor de la viscosidad dinámica.
¿Cuáles son los diferentes tipos de fluidos?
Los dos fluidos de mayor interés en el mundo real son el agua y el aire. Los tipos comunes de líquidos, además del agua, incluyen aceite, gasolina, queroseno, disolventes y bebidas. muchos de los líquidos más comunes, incluidos los combustibles y los disolventes, son venenosos, inflamables o peligrosos, por lo que es peligroso tenerlos en el hogar porque, si los niños los adquieren, pueden confundirlos con líquidos potables y consumirlos, lo que lleva a urgentes emergencias sanitarias.
El cuerpo humano, y de hecho casi toda la vida, es predominantemente agua. La sangre no se considera un líquido, porque los sólidos en la sangre no se dispersan uniformemente o no están completamente disueltos en ella. En cambio, se considera una suspensión. El componente plasmático de la sangre puede considerarse un líquido para la mayoría de los propósitos. Independientemente, el mantenimiento fluido es vital para la vida cotidiana. en la mayoría de las situaciones, las personas no piensan en qué tan críticos son los líquidos potables para la supervivencia, porque en el mundo moderno es raro no tener acceso a agua limpia. pero las personas habitualmente se meten en problemas físicos como resultado de pérdidas excesivas de líquidos durante competiciones deportivas como maratones, juegos de fútbol y triatlones, aunque algunos de estos eventos incluyen literalmente docenas de estaciones de ayuda que ofrecen agua, bebidas deportivas y geles energéticos (que podrían ser líquidos considerados).
flujo de fluido
Se ha descrito algo de la física de los fluidos, probablemente lo suficiente como para permitirte mantenerte en una conversación científica básica sobre las propiedades de los líquidos. sin embargo, es en el área del flujo de fluidos donde las cosas se vuelven especialmente interesantes.
La mecánica de fluidos es la rama de la física que estudia las propiedades dinámicas de los fluidos. En esta sección, debido a la importancia del aire y otros gases en la aeronáutica y otros campos de ingeniería, "fluido" puede referirse a un líquido o un gas: cualquier sustancia que cambie de forma de manera uniforme en respuesta a fuerzas externas. El movimiento de los fluidos se puede caracterizar mediante ecuaciones diferenciales, que se derivan del cálculo. El movimiento de los fluidos, como el movimiento de los sólidos, transfiere la masa, el momento (la velocidad de la masa) y la energía (fuerza multiplicada por la distancia) en el flujo. Además, el movimiento de los fluidos se puede describir mediante ecuaciones de conservación, como las ecuaciones de navier-stokes.
Una forma en que los fluidos se mueven que los sólidos no hacen es que exhiben cizallamiento. esto es una consecuencia de la disposición con la que se pueden deformar los fluidos. cizallamiento se refiere a movimientos diferenciales dentro de un cuerpo de fluido como resultado de la aplicación de fuerzas asimétricas. un ejemplo es un canal de agua, que exhibe remolinos y otros movimientos localizados incluso cuando el agua en su conjunto se mueve a través del canal a una tasa fija en términos de volumen por unidad de tiempo. la tensión de corte τ (la letra griega tau) de un fluido es igual al gradiente de velocidad (du / dy) multiplicado por la viscosidad dinámica μ; es decir, τ = μ (du / dy).
Otros conceptos relacionados con los movimientos de fluidos incluyen arrastrar y levantar, ambos de los cuales son cruciales en la ingeniería aeronáutica. El arrastre es una fuerza resistiva que viene en dos formas: arrastre de superficie, que actúa solo sobre la superficie de un cuerpo que se mueve a través del agua (p. ej., la piel de un nadador), y arrastre de forma, que tiene que ver con la forma general del Cuerpo moviéndose a través del fluido. esta fuerza está escrita:
f d = c d ρa (v 2 /2)
donde c es una constante que depende de la naturaleza del objeto que experimenta arrastre, ρ es densidad, a es área de sección transversal y v es velocidad. de manera similar, la elevación, que es una fuerza neta que actúa perpendicular a la dirección del movimiento de un fluido, se describe mediante la expresión:
f l = c l ρa (v 2 /2)
fluidos en fisiología humana
alrededor del 60 por ciento del peso total de su cuerpo consiste en agua. aproximadamente dos tercios de esto, o el 40 por ciento de su peso total, se encuentra dentro de las células, mientras que el otro tercio, o el 20 por ciento de su peso, se encuentra en lo que se denomina espacio extracelular. el componente de agua de la sangre se encuentra en este espacio extracelular y representa aproximadamente una cuarta parte de toda el agua extracelular, es decir, el 5 por ciento del total del cuerpo. ya que aproximadamente el 60 por ciento de su sangre consiste en plasma, mientras que el otro 40 por ciento es sólido (p. ej., glóbulos rojos), puede calcular la cantidad de sangre que tiene en su cuerpo según su peso.
una persona de 70 kg (154 libras) tiene aproximadamente (0.60) (70) = 42 kg de agua en su cuerpo. un tercio sería fluido extracelular, alrededor de 14 kg. una cuarta parte de esto sería plasma sanguíneo - 3.5 kg. esto significa que la cantidad total de sangre en el cuerpo de esta persona pesa aproximadamente (3.5 kg / 0.6) = 5.8 kg.