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Hidrodinámica

El diseño de las alas de los aviones permite que el aire circule más rápido por la parte superior del ala y más lento por la inferior. Esto hace que la presión bajo el ala sea mayor que encima de ella, y por lo tanto, aplica una fuerza que empuja el avión hacia arriba, quedando así, suspendido entre dos fuerzas. Cuando el avión se mueve impulsado por la fuerza del motor, el aire circula por sus alas produciendo el empuje que lo hace volar.

Viajando en el tiempo, aun más hacia atrás, la historia de la Hidrodinámica nos lleva a la antigua Grecia, en donde a  un físico e ingeniero, llamado Arquímedes de Siracusa, se le encargo averiguar si la corona fabricada para Hierón II, gobernador de Siracusa, realmente estaba confeccionada en oro o si se le había agregado plata. Mientras tomaba un baño, notó que el nivel de agua subía en la tina cuando entraba, y así se dio cuenta de que ese efecto podría usarse para determinar el volumen de la corona. Debido a que la compresión del agua sería despreciable,​ la corona, al ser sumergida, desplazaría una cantidad de agua igual a su propio volumen. Al dividir la masa de la corona por el volumen de agua desplazada, se podría obtener la densidad de la corona, la cual sería  menor si otros metales más baratos y menos densos le hubieran sido añadidos. Entonces, Arquímedes salió corriendo desnudo por las calles, gritando ¡Eureka! La historia de la corona no aparece en los trabajos de Arquímedes, pero en su tratado sobre los cuerpos flotantes, plantea lo que hoy conocemos como el Principio que lleva su nombre y enuncia: “todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso del volumen de fluido desalojado”; es decir, establece la relación que existe entre la fuerza de flotabilidad que tiene un cuerpo y el fluido que este mismo liquido es capaz de desplazar.

Ya en 1738, Daniel Bernoulli, físico y matemático suizo, en su obra “Hidrodinámica” expresa que en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de una línea de corriente.  Las líneas de corriente son líneas de flujo imaginarias que siempre son paralelas a la dirección del flujo en cada punto, y en el caso de flujo uniforme coinciden con la trayectoria de las partículas individuales de fluido .Aunque Bernoulli dedujo que la presión disminuye cuando aumenta la velocidad del flujo, fue Leonhard Euler, quien derivó la ecuación de Bernoulli tal como la conocemos actualmente.

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

Dónde:

  • 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.
  •  

El principio de Bernoulli se puede aplicar a varios tipos de flujo de fluidos que dan como resultado varias formas de la ecuación de Bernoulli por lo que hay diferentes formas de la ecuación de Bernoulli para diferentes tipos de flujo.

El teorema de Bernoulli implica una relación entre los efectos de la presión, la velocidad y la gravedad, e indica que la velocidad aumenta cuando la presión disminuye. Este principio es importante para predecir la fuerza de sustentación de un ala en vuelo.

Es conveniente dejar en claro algunas definiciones como para saber de qué estamos hablando.

Cuando decimos fluido nos referimos a 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” y a la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo se lo denomina Flujo o Caudal.

En este punto entonces, nos preguntamos ¿Qué es la Hidrodinámica? 

Etimológicamente significa “movimiento del agua”, entonces es válido decir que Hidrodinámica es la ciencia que estudia la manera en que se comportan los fluidos en movimiento.

Por lo tanto en el estudio de la Hidrodinámica debemos tener presentes algunas leyes fundamentales:

El  teorema de Bernoulli,  que nos habla sobre la ley de la conservación de la energía e indica: “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”

Ecuación de la continuidad: es una ecuación que nos habla de la conservación de la masa y su fórmula es v1 ∙ S1 = v2∙ S2

Ley de Torricelli: es una adaptación del principio de Bernoulli y estudia la forma en la que se comporta un líquido que se encuentra dentro de un recipiente cuando se desplaza a través de un orificio de pequeño tamaño por la fuerza de gravedad se enuncia de la siguiente manera:

V= √ 2.g.h

Podemos afirmar que aquello que en un momento fue una teoría, en la actualidad forma parte de los desarrollos tecnológicos con los cuales convivimos y colaboran para, en muchos casos, elevar nuestros estándares de vida. La Hidráulica , hoy en día es aplicable en muchas ramas por ejemplo:

En la construcción de canales y acueductos: Para conocer la cantidad de agua que deben desalojar, a qué velocidad y en cuanto tiempo.

En plomería: para evitar el gasto de agua innecesario.

En colectores pluviales: Para hacer que las calles de las ciudades  puedan desalojar el agua  y evitar inundaciones.

En la aviación: como lo mencionamos al principio, ayudando a los aviones a despegar.

En la fabricación de barcos,  de autos más aerodinámicos y en el ahorro de combustible, gatos hidráulicos, grúas, amortiguadores, etc. Y seguramente su utilización dará lugar a nuevos proyectos que formaran una parte importante en la evolución de la ciencia.

 

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