Este documento trata sobre la mecánica de fluidos. La mecánica de fluidos estudia el movimiento y las fuerzas que actúan sobre los fluidos como líquidos y gases. Explica conceptos clave como densidad, presión, presión atmosférica, variación de la presión con la profundidad, principio de Pascal y principio de Arquímedes. También describe aplicaciones como túneles de viento y prensas hidráulicas.

1. Mecánica de Fluidos
1
Rama de la Física que estudia el
movimiento de los fluidos (líquidos o
gases) así como las fuerzas que lo
producen. La característica fundamental
que define a los fluidos es su incapacidad
para resistir esfuerzos cortantes (lo que
provoca que carezcan de forma definida).

2. Aplicación: Túnel de viento
2
Los diseñadores buscan reducir la resistencia del aire

3. 3
Estática de fluidos
Estudia el
equilibrio
de los
fluidos en
reposo.

4. Definiciones básicas
4
Densidad () .- masa por unidad de volumen
V
m
Material Densidad (g/cm3) Densidad (kg/m3)
Aire 0,0012 1,2
Agua 1 1×103
Mercurio 13,6 13,6×103

5. 5
Presión en un fluido
Cuando un fluido (líquido o gas)
está en reposo, ejerce una fuerza
que es perpendicular a cualquier
superficie en contacto con él.
Ejemplo: el agua ejerce una
fuerza F perpendicular a las
caras del cubo de área A.
A
F
P
Unidad: pascal (Pa)
1 Pa = 1N/m2

6. 6
Presión en un punto
Si el cubo de la figura anterior es muy pequeño,
podemos definir la presión en un punto:
dA
dF
P
La presión sobre un punto
totalmente sumergido en un
fluido en reposo es igual en
todas las direcciones.

7. Pregunta
7
Los zapatos para caminar
sobre nieve son de mayor
área que los utilizados en
ciudad. ¿Por qué?
Para reducir la presión sobre la superficie
de la nieve y así evitar que se hunda.

8. 8
Presión atmosférica (po)
Es la presión ejercida por el aire en cualquier
punto de la atmósfera. La presión atmosférica
normal al nivel del mar es:
Po = 1 atm = 1,01 105 Pa
Ejemplo: ¿Qué fuerza total actúa hacia abajo
sobre el piso debido a la presión del aire?
Dato: área del piso = 20 m2
Respuesta: 2×106 N

9. 9
Variación de la presión con la profundidad
Tomamos un cilindro cuya sección transversal
tiene área A y su altura es H
Po A
Peso
PA
H

10. 10
Del equilibrio
Vg
A
P
PA o
gH
P
P o
La presión aumenta linealmente con la profundidad
cuando la densidad del líquido es constante
AHg
A
P
PA o

11. 11
¿Presión absoluta o manométrica?
Si la presión dentro de un neumático es igual a la
presión atmosférica, el neumático estará desinflado.
Cuando hablamos de la presión en un neumático
nos referimos a la presión manométrica:
0
P
P
P total
a
manométric
La presión total se denomina presión absoluta

12. 12
Manómetro de tubo abierto
2
1 gy
p
gy
p o
1
2 gy
gy
p
p o
gh
p
p
p o
m
P = presión absoluta
Pm= presión manométrica

13. 13
Principio de Pascal
Un cambio de presión aplicado a un fluido
encerrado se transmite, sin reducirse, a todo
punto del fluido y a las paredes del recipiente
que lo contiene.

14. 14
La prensa hidráulica
Sistema en equilibrio
1
1
A
F
p
La presión p se
transmite en todo el
fluido encerrado
2
2
A
F
p

15. 15
Luego
2
2
1
1
A
F
A
F
p 1
1
2
2 F
A
A
F
Puesto que el área A1 es mucho menor que A2,
la fuerza F2 es mayor que F1
La prensa hidráulica es un dispositivo multiplicador
de fuerza.

16. Aplicación del principio de Pascal
16
1
1
2
2 F
A
A
F
d2

17. Flotación
17
Un cuerpo sumergido en agua parece pesar
menos que en el aire.
Si un cuerpo es menos denso que el fluido
donde se encuentra, entonces flotará.
Ejemplo:
El aire caliente es menos denso
que el aire frio.

18. 18
Principio de Arquímedes
Si un cuerpo está parcial o totalmente sumergido
en un fluido, éste ejerce una fuerza vertical hacia
arriba sobre el cuerpo igual al peso del fluido
desplazado por el cuerpo. A esta fuerza se le
denomina fuerza de flotación o empuje (E).
Desplazado
fluido gV
E

19. Explicación
19
El empuje se presenta porque la presión del líquido
aumenta con profundidad (la presión en el fondo es
mayor). Esto produce una fuerza ascendente en el
objeto sumergido.
La “esfera de agua” de
la izquierda está en
equilibrio.
La fuerza de empuje en
el objeto sólido de la
derecha es igual al peso
del agua desplazada.

20. 20
Centro de Empuje
La línea de acción de la fuerza de flotación
(empuje) pasa por el centro de gravedad del
fluido desplazado (que no necesariamente
coincide con el centro de gravedad del cuerpo).
Si el cuerpo es homogéneo y está totalmente
sumergido, su centro de gravedad coincide
con el centro de empuje.

21. Centro de empuje
21
E

22. Pregunta
22
Un cubo del hielo está flotando en un vaso
lleno con agua hasta el borde. Cuando el
cubo del hielo se derrite, el nivel del agua:
A. Permanece igual, en el borde.
B. Sube, haciendo que el agua se derrame.
C. Baja.
Respuesta: A

23. Explicación
23
Como el cubo de hielo flota, el peso de toda el
agua desplazada por éste es igual al peso del
propio hielo. Por eso, el agua que se forma al
derretirse el hielo ocupará un volumen igual al
volumen de la parte sumergida del cubo de hielo.
Por lo tanto, el nivel del agua no cambiará.