En física , un fluido es un líquido , gas u otro material que se deforma (fluye) continuamente bajo un esfuerzo cortante aplicado o fuerza externa. [1] Tienen módulo de corte cero o, en términos más simples, son sustancias que no pueden resistir ninguna fuerza de corte que se les aplique.
Aunque el término fluido generalmente incluye las fases líquida y gaseosa, su definición varía entre las ramas de la ciencia . Las definiciones de sólido también varían y, según el campo, algunas sustancias pueden ser tanto fluidas como sólidas. [2] Los fluidos viscoelásticos como Silly Putty parecen comportarse de manera similar a un sólido cuando se aplica una fuerza repentina. [3] También las sustancias con una viscosidad muy alta , como la brea, parecen comportarse como un sólido (ver el experimento de la caída de la brea ). En física de partículas , el concepto se amplía para incluir materias fluídicas distintas de líquidos o gases. [4] Un fluido en medicina o biología se refiere a cualquier constituyente líquido del cuerpo ( fluido corporal ), [5] [6] mientras que "líquido" no se usa en este sentido. A veces, los líquidos que se administran para reponer líquidos , ya sea bebiendo o inyectando, también se denominan líquidos [7] (por ejemplo, "beber muchos líquidos"). En hidráulica , fluido es un término que se refiere a líquidos con ciertas propiedades y es más amplio que los aceites (hidráulicos). [8]
Física
Los fluidos muestran propiedades como:
- falta de resistencia a la deformación permanente, resistiendo solo tasas relativas de deformación de una manera disipativa y por fricción, y
- la capacidad de fluir (también descrita como la capacidad de adoptar la forma del recipiente).
Estas propiedades son típicamente una función de su incapacidad para soportar un esfuerzo cortante en equilibrio estático . Por el contrario, los sólidos responden al cizallamiento con una fuerza de restauración similar a un resorte , lo que significa que las deformaciones son reversibles, o requieren una cierta tensión inicial antes de deformarse (ver plasticidad ).
Los sólidos responden con fuerzas restauradoras tanto a los esfuerzos cortantes como a los esfuerzos normales, tanto de compresión como de tracción . Por el contrario, los fluidos ideales solo responden con fuerzas de restauración a tensiones normales, llamadas presión : los fluidos pueden estar sometidos tanto a tensión de compresión, correspondiente a la presión positiva, como a la tensión de tracción, correspondiente a la presión negativa . Tanto los sólidos como los líquidos también tienen resistencias a la tracción, que cuando se exceden en sólidos produce deformaciones y fracturas irreversibles , y en líquidos provoca la aparición de cavitación .
Tanto los sólidos como los líquidos tienen superficies libres, cuya formación cuesta cierta cantidad de energía libre . En el caso de los sólidos, la cantidad de energía libre para formar una unidad dada de área superficial se llama energía superficial , mientras que para los líquidos la misma cantidad se llama tensión superficial . La capacidad de los líquidos para fluir da como resultado un comportamiento diferente en respuesta a la tensión superficial que en los sólidos, aunque en equilibrio ambos intentarán minimizar su energía superficial : los líquidos tienden a formar gotitas redondeadas , mientras que los sólidos puros tienden a formar cristales . Los gases no tienen superficies libres y se difunden libremente .
Modelado
En un sólido, el esfuerzo cortante es una función de la deformación , pero en un fluido, el esfuerzo cortante es una función de la velocidad de deformación . Una consecuencia de este comportamiento es la ley de Pascal, que describe el papel de la presión en la caracterización del estado de un fluido.
El comportamiento de los fluidos se puede describir mediante las ecuaciones de Navier-Stokes, un conjunto de ecuaciones diferenciales parciales que se basan en:
- continuidad ( conservación de masa ),
- conservación del momento lineal ,
- conservación del momento angular ,
- conservación de la energía .
El estudio de los fluidos es la mecánica de fluidos , que se subdivide en dinámica de fluidos y estática de fluidos dependiendo de si el fluido está en movimiento.
Clasificación de fluidos
Dependiendo de la relación entre el esfuerzo cortante y la tasa de deformación y sus derivados , los fluidos se pueden caracterizar como uno de los siguientes:
- Fluidos newtonianos : donde la tensión es directamente proporcional a la tasa de deformación
- Fluidos no newtonianos : donde la tensión no es proporcional a la tasa de deformación, sus mayores potencias y derivadas.
Los fluidos newtonianos siguen la ley de viscosidad de Newton y pueden denominarse fluidos viscosos .
Los fluidos se pueden clasificar por su compresibilidad:
- Líquido compresible: líquido que causa una reducción de volumen o un cambio de densidad cuando se aplica presión al líquido o cuando el líquido se vuelve supersónico.
- Fluido incompresible: Un fluido que no varía en volumen con cambios en la presión o la velocidad del flujo (es decir, ρ = constante) como el agua o el aceite.
Los fluidos newtonianos e incompresibles no existen en realidad, pero se supone que lo son para el asentamiento teórico. Los fluidos virtuales que ignoran por completo los efectos de la viscosidad y la compresibilidad se denominan fluidos perfectos .
Ver también
- Importar
- Líquido
- Gas
- Fluido supercrítico
Referencias
- ^ "Fluido | Definición, modelos, fluidos newtonianos, fluidos no newtonianos y hechos" . Enciclopedia Británica . Consultado el 2 de junio de 2021 .
- ^ Thayer, Ann (27 de noviembre de 2000) [2000]. "¿Qué es eso? Silly Putty" . C&EN (Noticias de Química e Ingeniería) . Sociedad Química Americana. 78 (48): 27. Archivado desde el original el 7 de mayo de 2021, a través de la American Chemical Society.
- ^ Kroen, Gretchen Cuda (11 de abril de 2012). "Masilla tonta para baches" . Ciencia . Consultado el 23 de junio de 2021 .
- ^ Ejemplo (en el título): Berdyugin, AI; Xu, SG (12 de abril de 2019). FMD Pellegrino, R. Krishna Kumar, A. Principi, I. Torre, M. Ben Shalom, T. Taniguchi, K. Watanabe, IV Grigorieva, M. Polini, AK Geim, DA Bandurin. "Midiendo la viscosidad Hall del fluido de electrones del grafeno" . Ciencia . 364 (6436): 162-165. arXiv : 1806.01606 . doi : 10.1126 / science.aau0685 .
- ^ "Fluido (B.1.b.)" . Diccionario de inglés de Oxford . IV F – G (edición de reimpresión de 1978). Oxford: Oxford University Press. 1933 [1901]. pag. 358 . Consultado el 22 de junio de 2021 .
- ^ "fluido corporal" . Taber's online - Diccionario médico de Taber . Archivado desde el original el 21 de junio de 2021 . Consultado el 22 de junio de 2021 .
- ^ Ejemplo de uso: Guppy, Michelle PB; Mickan, Sharon M; Del Mar, Chris B (28 de febrero de 2004). " " Beber muchos líquidos ": una revisión sistemática de la evidencia de esta recomendación en las infecciones respiratorias agudas" . BMJ . 328 (7438): 499–500. doi : 10.1136 / bmj.38028.627593.BE . PMC 351843 .
- ^ "¿Qué es Fluid Power?" . Asociación Nacional de Energía Fluida . Archivado desde el original el 23 de junio de 2021 . Consultado el 23 de junio de 2021 .
Con la hidráulica, el fluido es un líquido (generalmente aceite)
- Bird, Robert Byron; Stewart, Warren E .; Lightfoot, Edward N. (2007). Fenómenos de transporte . Nueva York: Wiley, segunda edición revisada. pag. 912. ISBN 0-471-41077-2.