La difusión del momento se refiere más comúnmente a la difusión o dispersión del momento entre partículas ( átomos o moléculas ) de materia , a menudo en estado fluido . Este transporte de impulso puede ocurrir en cualquier dirección del flujo de fluido. La difusión del momento se puede atribuir a la presión externa o al esfuerzo cortante o ambos.
Difusión por presión
Cuando se aplica presión sobre un fluido incompresible, la velocidad del fluido cambiará. El fluido acelera o desacelera dependiendo de la dirección relativa de la presión con respecto a la dirección del flujo. Esto se debe a que la aplicación de presión sobre el fluido ha provocado la difusión del impulso en esa dirección. Comprender la naturaleza exacta de la difusión es un aspecto clave para comprender la difusión del impulso debido a la presión. [1]
Difusión de momento debido a esfuerzos cortantes
Un fluido que fluye a lo largo de una placa plana se adherirá a ella en el punto de contacto y esto se conoce como condición antideslizante . Este es el resultado de las fuerzas adhesivas entre la placa plana y el fluido. La presencia de la pared tiene un efecto hasta una cierta distancia en el fluido (en la dirección perpendicular al área de la pared y al flujo) y esto se conoce como capa límite .
Cualquier capa de fluido que no esté en contacto con la pared fluirá con una cierta velocidad y quedará intercalada entre dos capas de fluido. Ahora, la capa que está justo encima de ella (que fluye con una mayor velocidad) intentará arrastrarla en la dirección del flujo, mientras que la capa que está justo debajo (que fluye con una velocidad menor) intentará ralentizarla. La atracción entre las capas del fluido es el resultado de fuerzas cohesivas y la viscosidad es la propiedad que explica la naturaleza y fuerza de las fuerzas cohesivas dentro de un fluido.
Es común experimentar el hecho de que el fluido que fluye ejercerá una cierta cantidad de fuerza sobre la placa, tratando de tirar de ella en su dirección de flujo. La placa plana ejerce la misma fuerza sobre el fluido. ( Tercera ley de Newton )
Los experimentos con el flujo de fluido paralelo a una placa plana revelan que la fuerza, conocida como esfuerzo cortante, se puede expresar matemáticamente como
Tenga en cuenta que esto es válido solo para el flujo de fluido unidimensional en coordenadas rectangulares. La es el esfuerzo cortante en cualquier capa del fluido donde (es decir, el gradiente de velocidad en una dirección perpendicular al flujo y al área de la placa plana), es el gradiente local y es la viscosidad.
Las unidades de esfuerzo cortante son Fuerza / Unidad de área. Esto esen el sistema MKS. Esto también se puede interpretar como. Sin embargo, estas son también las unidades de flujo de cantidad de movimiento. Esta es la razón precisa por la que el esfuerzo cortante en un fluido también se puede interpretar como el flujo de cantidad de movimiento. La difusión del impulso está en la dirección de la velocidad decreciente. Esto significa que el impulso se transfiere del fluido en las capas superiores (que tiene mayor impulso) hacia el fluido que está cerca de la pared (que tiene menor impulso debido a su menor velocidad).
La frase "difusión del momento" también puede referirse a la difusión de la probabilidad de que una sola partícula tenga un momento particular. [2] En este caso, es la función de distribución de probabilidad la que se difunde en el espacio de momento, en lugar de la cantidad (conservada) de momento que se difunde entre muchas partículas.
Referencias
- ^ R. Bryon Bird, Warren E. Stewart, Edwin N. Lightfoot, Edición de Wiley India, Fenómenos de transporte,
- ^ K. Berg-Sorenson; et al. (1992). "Momentum diffusion de átomos moviéndose en campos láser". Revista de Física B: Física Atómica, Molecular y Óptica . 25 (20): 4195. doi : 10.1088 / 0953-4075 / 25/20/016 .