Hidrodinámica

La hidrodinámica es un área de estudio muy importante dentro del área de la física porque cuando los materiales se comprimen de manera explosiva se ven expuestos a una serie de condiciones extremas que los hacen comportarse más como un líquido. El significado literal de la hidrodinámica es "movimiento del agua". En sí podemos decir que es la ciencia de las fuerzas que actúan sobre los fluidos.

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Hidrostática

¿Qué es la hidrodinámica?

La hidrodinámica es la ciencia que se encarga de estudiar los fluidos en movimiento, el cual se encuentra definido por medio de un campo vertical de velocidades que corresponden a las partículas de un fluido y las presiones en un campo escalar.

Definición de hidrodinámica
Que estudia
Historia
Aplicaciones de la hidrodinámica
Características
Conceptos
Leyes de la hidrodinámica
Formula
Experimento
Importancia de la hidrodinámica
Ejemplos
Libros

Definición de hidrodinámica

La hidrodinámica es la parte de la hidráulica y la física que se encarga de estudiar la manera en cómo se comportan los diferentes líquidos que se encuentran en movimiento. Para lograr este propósito, la hidrodinámica considera entre otras cosas una serie de aspectos como la velocidad, la presión, el flujo y el gasto del líquido.

Es importante mencionar que para realizar los estudios de la hidrodinámica, es importante conocer el teorema de Bernoulli, tratado que nos habla sobre la ley de la conservación de la energía. Esto porque el teorema nos indica que la suma de las energías cinética, potencial y de presión que podemos encontrar en un líquido que está en movimiento en un punto determinado es igual a la de otro punto cualquiera.

Que estudia

La hidrodinámica es una ciencia que se encarga de estudiar e investigar principalmente a los fluidos incompresibles, esto quiere decir, que se encarga de estudiar a los líquidos, porque la densidad de los mismos prácticamente no varía cuando se realizan cambios en la presión que se ejerce sobre ellos. Podemos decir que es la ciencia que nos permiten entender cómo los diferentes líquidos pueden llegar a interactuar con el medio y también entre ellos mismos.

Historia

Básicamente la historia de la hidrodinámica inicia en Mesopotamia y en Egipto, alrededor del año 400 a.C. Conforme fue avanzando la historia, se hicieron una serie de inventos que ayudaron a desarrollar lo que hoy conocemos como dinámica de fluidos. Para finales del siglo XIX, se inició a unir los conceptos de hidráulico e hidrodinámico.

La historia de la hidrodinámica inicia con el principio de Arquímedes, que nos dice que todo cuerpo que se encuentre sumergido en un fluido experimenta un empuje de manera vertical hacia arriba que es igual al peso del fluido que ha sido desalojado. Este principio nos dice la relación que existe entre la fuerza de flotabilidad que tiene un cuerpo y el fluido que este mismo líquido es capaz de desplazar.

Importante también es recordar que la dinámica de fluidos, parte importante de la historia de la hidrodinámica, fue el físico suizo Daniel Bernoulli, quien luego de trabajar con fluidos, logró descubrir la relación entre las fuerzas de los mismos.

Aplicaciones de la hidrodinámica

Las aplicaciones de la hidrodinámica son muchas, entre ellas mencionamos las siguiente:

Construcción de canales y acueductos
- Para conocer la cantidad de agua que deben desalojar, a qué velocidad y en cuanto tiempo.
Plomería
- En la creación de plomería sencilla para evitar el gasto de agua innecesario.
Colectores pluviales
- Para hacer que las calles puedan desalojar el agua en las ciudades para evitar inundaciones.
Aviación
- Ayudando a los aviones a despegar.
Fabricación de barcos
Automóviles
- Creación de autos más aerodinámicos y en el ahorro de combustible.
- Gatos hidráulicos.
- Grúas.
- Amortiguadores.

Características

Las principales características de la hidrodinámica se representan por medio de ecuaciones matemáticas y son las siguientes:

Ley de Torricelli que es la ley que nos dice que si en un recipiente que no está tapado existe un fluido y se le abre al recipiente un orificio la velocidad con que caerá ese fluido será de: V = √(2gh)
El movimiento de Reynolds que describe los fluidos que están en movimiento por medio de la siguiente fórmula: N = ( p·D·v ) / n , en la cual p es la densidad, D el diámetro del cilindro, v la velocidad y n la viscosidad.
El caudal que es el volumen del líquido que fluye en una unidad de tiempo. Su fórmula es: G = ΔV/Δt
El principio de Bernoulli el cual es una consecuencia de la conservación de la energía en los líquidos que se encuentran en movimiento.

Conceptos

Fluidos: es un medio continuo formado por una sustancia entre cuyas moléculas se da una fuerza de atracción débil y se caracterizan porque pueden cambiar de forma sin que existan fuerzas restitutivas tendentes a recuperar la forma “original”.
Tensión superficial: es la cantidad de energía que se necesita para aumentar su superficie por unidad de área.
Caudal: es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo.
Mecánica de fluidos: es la parte de la mecánica de medios continuos y la rama de la física que estudia el movimiento de los fluidos y de las fuerzas que los provocan.
Flujo turbulento: es el movimiento de un fluido en forma caótica en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias forman remolinos aperiódicos.
Flujo laminar: es el movimiento de un fluido cuando es ordenado, estratificado, suave.

Leyes de la hidrodinámica

Las principales leyes del movimiento de fluidos y de las magnitudes se hacen por medio de leyes matemáticas que son:

Ecuación de la continuidad: es una ecuación que nos habla de la conservación de la masa y su fórmula es v₁ ∙ S₁ = v₂∙ S₂
Principio de Bernoulli: establece que un fluido ideal que se encuentra en circulación por medio de un conducto cerrado siempre va a tener una energía constante durante su recorrido.
Ley de Torricelli: es una adaptación del principio de Bernoulli y estudia la forma en la que se comporta un líquido cuando se encuentra dentro de un recipiente cuando se desplaza a través de un orificio de pequeño tamaño por la fuerza de gravedad.

Formula

La expresión matemática que se utiliza como principio fundamental de la Hidrodinámica, o principio de Bernoulli, es la siguiente:

P₁ + ρ. g. h₁ + ½. ρ. v₁² = P₁ + ρ. g. h₂ + ½. ρ. v₂²

Donde:

P: la presión hidrostática;
p: la densidad;
g: la aceleración de la gravedad;
h: la altura del punto;
v: la velocidad del fluido en ese punto.

Experimento

Un ejemplo de experimento fácil de realizar que nos enseña la hidrodinámica es:

Se toman dos jeringas de plástico, uno más grande que el otro, se conectan por medio de una manguera plástica, por donde sale el líquido para las inyecciones, se llena una jeringa con agua y el se debe dejar vacío. Cuando se hace presión en el embolo de la jeringa que está llena de líquido se puede observar que se necesita menor fuerza para hacer que el «el otro inyector» se mueva, y esta es la forma en la que funcionan las prensas mecánicas hidráulicas, con el mismo principio

Importancia de la hidrodinámica

La hidrodinámica es un área muy importante para la vida diaria porque se encarga del estudio de los líquidos, principalmente del agua, el cual es el líquido vital para nuestras vidas. Por medio de ella, se pueden hacer diferentes estudios y crear aplicaciones para poder hacer posible la distribución de este preciado líquido.