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Física

Mecánica de fluidos

La mecánica de fluidos es la rama de la física comprendida dentro de la mecánica de medios continuos que estudia el movimiento de los fluidos (fundamentalmente líquidos y gases), así como las fuerzas que lo provocan.​ La característica fundamental que define a los fluidos es su incapacidad para resistir esfuerzos cortantes (lo que provoca que carezcan de forma definida). También estudia las interacciones entre el fluido y el contorno que lo limita.

Como en todas las ramas de la ciencia, en la mecánica de fluidos se parte de la hipótesis en función de las cuales se desarrollan todos los conceptos. En particular, en la mecánica de fluidos se asume que los fluidos verifican las siguientes leyes:

  • Conservación de la masa y de la cantidad de movimiento.
  • Primera y segunda ley de la termodinámica.

Ecuaciones generales de la mecánica de fluidos.

Las ecuaciones que rigen toda la mecánica de fluidos se obtienen por la aplicación de los principios de conservación de la mecánica y la termodinámica a un volumen fluido. Para generalizarlas usaremos el teorema del transporte de Reynolds y el teorema de la divergencia (o teorema de Gauss) para obtener las ecuaciones en una forma más útil para la formulación euleriana.

Las tres ecuaciones fundamentales son la ecuación de continuidad, la ecuación de la cantidad de movimiento, y la ecuación de la conservación de la energía. Estas ecuaciones pueden darse en su formulación integral o en su forma diferencial, dependiendo del problema. A este conjunto de ecuaciones dadas en su forma diferencial también se le denomina ecuaciones de Navier-Stokes (las ecuaciones de Euler son un caso particular de la ecuaciones de Navier-Stokes para fluidos sin visco

No existe una solución general a dicho conjunto de ecuaciones debido a su complejidad, por lo que para cada problema concreto de la mecánica de fluidos se estudian estas ecuaciones buscando simplificaciones que faciliten la resolución del problema. En algunos casos no es posible obtener una solución analítica, por lo que hemos de recurrir a soluciones numéricas generadas por ordenador. A esta rama de la mecánica de fluidos se la denomina mecánica de fluidos computacional. Las ecuaciones son las siguientes:

Ecuación de continuidad

 

Ecuación de cantidad de movimiento

 

Ecuación de la conservación de energía

 

Física

Principio de Pascal

La ley de Pascal, es una ley enunciada por el físico-matemático francés Blaise Pascal (1623-1662) que se resume en la frase: la presión ejercida sobre un fluido incompresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido.

Afirmando que toda presión ejercida hacia un fluido, se esparcirá sobre toda la sustancia de manera uniforme. El principio de Pascal puede comprobarse utilizando una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y provista de un émbolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el émbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma velocidad y por lo tanto con la misma presión.

También podemos observar aplicaciones del principio de Pascal en las prensas hidráulicas, en los elevadores hidráulicos, en los frenos hidráulicos, en los puentes hidráulicos y en los gatos hidráulicos.

Prensa hidráulica.

Una máquina compleja que permite amplificar las fuerzas y constituye el fundamento de elevadores, prensas hidráulicas, frenos y muchos otros dispositivos hidráulicos .

La prensa hidráulica constituye la aplicación fundamental del principio de Pascal y también un dispositivo que permite entender mejor su significado. Consiste, en esencia, en dos cilindros de diferente sección comunicados entre sí, y cuyo interior está completamente lleno de un líquido que puede ser agua o aceite. Dos émbolos de secciones diferentes se ajustan, respectivamente, en cada uno de los dos cilindros, de modo que estén en contacto con el líquido. Cuando sobre el émbolo de menor sección A1 se ejerce una fuerza F1 la presión p1 que se origina en el líquido en contacto con él se transmite íntegramente y de forma casi instantánea a todo el resto del líquido. Por el principio de Pascal esta presión será igual a la presión p2 que ejerce el fluido en la sección A2, es decir:

P1=P2

con lo que las fuerzas serán:

con A1 < A2. Por tanto, la relación entre la fuerza resultante en el émbolo grande cuando se aplica una fuerza menor en el émbolo pequeño será tanto mayor cuanto mayor sea la relación entre las secciones.

Geografía física

¿Cuál es el continente con las mayores reservas de agua dulce en la tierra?

En nuestro planeta existen grades reservas de agua dulce, en algunos casos se encuentra en estado líquido y en otros casos en estado sólido por medio del congelamiento en las zonas polares.

La mayor parte del agua del mundo es salada, un 97,5%, y el restante 2,5% es agua dulce. De esa pequeña cantidad, el 1,6% está congelado, o sea que se haya en glaciares y casquetes polares. La mayor parte del 0,9% restante se encuentra en el suelo en forma de humedad o en lugares que no permiten su explotación. Solamente el 0,007% es el agua que vemos en los ríos y que baja de las montañas y que nosotros consumimos.

El continente con las mayores reservas de agua dulce en el mundo se considera en la actualidad que es el continente Americano, la cual se encuentra representada en los glaciares que posee en ambos polos (Polo Sur “Antártida” y el polo Norte “Ártico”). El agua dulce en estado líquido en el continente Americano se encuentra en mayor parte en el acuífero guaraní.

  • Acuífero Guaraní

Sin dudas la más grande de las reservas de agua dulce en el mundo se encuentra en América del Sur y es el Acuífero Guaraní. Tal vez América del Sur cuente con solamente el 6% de la población mundial, pero cuenta con el 26% del agua dulce utilizable del planeta. En la cuenca Amazónica se haya el 16% de esta reserva y es más que suficiente para abastecer a toda la población mundial.

El Acuífero Guaraní, es la mayor reserva de agua dulce en el mundo. Se trata de una reserva subterránea que cubre casi 1,2 millones de kilómetro cuadrados. La cantidad de agua con la que cuenta el acuífero se estima en 50.000 km cúbicos de agua, cantidad con la que se puede abastecer a la población mundial (6.000 millones de personas) durante 200 años.