Fluidos - Concepto, propiedades, clasificación y ejemplos (original) (raw)
Te explicamos qué son los fluidos, cómo se clasifican y algunos ejemplos. Además, cuáles son sus características generales y propiedades físicas.
Tanto los gases como los líquidos pueden catalogarse como fluidos.
¿Qué son los fluidos?
Se denomina fluido a la materia compuesta por moléculas atraídas entre sí débilmente, de manera que no puede mantener una forma determinada sino que adquiere la del recipiente en donde está contenida. En esto se distingue de los sólidos, cuyas partículas no cambian de posición tan fácilmente, razón por la que los sólidos tienen forma propia.
En principio, tanto los gases como los líquidos son fluidos, ya que ninguno conserva su forma específica. Pero existen entre ellos diferencias, ya que los gases tienen menor atracción entre sus partículas que los líquidos, lo cual les permite ser comprimidos, cosa que casi no se puede hacer con los líquidos.
Ver además: Métodos de separación de mezclas
¿Por qué fluyen los fluidos?
Qué tanto fluyan dependerá de la viscosidad de los propios fluidos.
Los fluidos fluyen porque la fuerza que mantiene juntas sus partículas es lo suficientemente fuerte para conservarlas juntas, pero no para mantener cierta rigidez o mantener una memoria de forma (capacidad de recuperar su forma original luego de aplicar alguna fuerza deformadora).
Entonces, como las partículas de los fluidos deben mantenerse juntas pero no pueden resistirse al cambio, la acción de alguna fuerza continua sobre ellos (como por ejemplo la gravedad) los hace deformarse continuamente hasta desplazarse de lugar, y por eso pueden fluir de un recipiente a otro. Qué tanto fluyan en ese sentido dependerá de su viscosidad (medida de la resistencia a las deformaciones). A su vez, la viscosidad de un fluido líquido disminuye cuando se aumenta la temperatura.
Algunos ejemplos de fluidos son:
- Agua
- Aire
- Alcohol
- Gases nobles neón (Ne), xenón (Xe), kriptón (Kr), helio (He)
- Aceite
- Magma volcánica (lava)
- Salsa de tomate
- Pintura
- Sangre
- Mezclas húmedas de agua con harina o agua con cemento
¿Cómo se clasifican los fluidos?
Los fluidos no newtonianos fluyen como líquidos más o menos densos.
Los fluidos pueden ser de tres tipos:
- Fluidos newtonianos. Son aquellos que tienen viscosidad constante, es decir, que no varía sin importar cuánta fuerza se le aplique al fluido. Para estudiarlos se pueden usar las leyes de la mecánica newtoniana establecidas por Isaac Newton. El agua y el aceite se comportan como fluidos newtonianos.
- Superfluidos. También llamados “fluidos perfectos”, se caracterizan por carecer totalmente de viscosidad, es decir, pueden fluir ante la menor fuerza aplicada sin ofrecer resistencia, o sea, sin fricción. El helio se comporta como un superfluido a muy bajas temperaturas.
- Fluidos no newtonianos. Son un tipo intermedio entre fluido y sólido, dependiendo de sus condiciones de temperatura y tensión cortante. No tendrán una viscosidad única, sino que dependerá de las fuerzas que se ejerzan sobre él o de los cambios de temperatura: si se los somete a una fuerza repentina, se comportarán como un sólido (ofreciendo resistencia); mientras que si se los deja en reposo fluirá como un líquido más o menos denso.
Propiedades físicas de los fluidos
La densidad es la cantidad de masa de un cuerpo o sustancia que hay en un volumen determinado.
Algunas de las propiedades físicas de los fluidos son las siguientes:
- Viscosidad. Es la resistencia que ofrecen los fluidos a las deformaciones, y que tiende a impedir la fluidez. Por ejemplo, una sustancia como el alquitrán es sumamente viscosa y fluirá mucho más lento y difícilmente que una de baja viscosidad como el alcohol o el agua.
- Densidad. Es la medida de la cantidad de materia que hay en un volumen determinado, se suele representar en kg/m3. Los fluidos poseen mayor o menor densidad, de acuerdo a la cantidad de partículas que haya en un mismo volumen de fluido, aunque las interacciones entre estas partículas también influyen en la densidad.
- Volumen. Es el espacio tridimensional que el fluido ocupa en una región determinada, considerando longitud, altura y ancho. Los líquidos poseen un volumen determinado y adoptan la forma del recipiente donde están contenidos, mientras que los gases no poseen ni el volumen ni la forma del recipiente que los contenga.
- Presión. Es la fuerza que la masa de un fluido ejerce sobre los cuerpos que se encuentren sumergidos en él: un objeto que cae al fondo de un lago tendrá encima el peso de todo el volumen de agua completo, lo cual significa que el objeto está sometido a mayor presión que cuando está en la superficie. En los fondos marinos la presión es muchas veces mayor que la presión atmosférica, por ejemplo.
- Tensión superficial. Es la energía que se necesita para aumentar la superficie de un fluido líquido por unidad de área, es decir, que el fluido se resiste a aumentar su superficie. Esta propiedad es la que les permite a algunos insectos caminar sobre el agua.
- Capilaridad. Esta fuerza de cohesión intermolecular de los fluidos les permite subir por un tubo capilar, en contra de la gravedad, dado que la atracción entre sus partículas es mucho mayor a la atracción de sus partículas por el material del tubo. Esto se debe en parte a la tensión superficial.
Más en: Propiedades de los fluidos
¿Qué es la Ley de Pascal?
La presión aplicada al líquido se transmite con la misma magnitud en todas las direcciones.
La Ley de Pascal es un principio descubierto por Blaise Pascal en el siglo XVII, que dictamina que un cambio de presión aplicado a un líquido encerrado en un recipiente se transmite por igual a todos los puntos del fluido y a todas las paredes del recipiente.
Esta ley se conoce como el Principio de Pascal y es sumamente útil en la hidráulica, que emplea los fluidos como herramienta mecánica para lograr el movimiento.
¿Qué es la tensión superficial?
Las moléculas del líquido se atraen lo suficiente como para ejercer cierta resistencia.
La tensión superficial es una propiedad singular de los líquidos, que permite resistir la penetración de su superficie por parte de un objeto liviano, manteniéndolo fuera del líquido por completo, como ocurre con los insectos que pueden desplazarse o permanecer por sobre el agua.
Esto se debe a que el líquido presenta una resistencia a aumentar su superficie, es decir, las moléculas del líquido se atraen lo suficiente como para ejercer cierta resistencia al desplazamiento.
¿Qué es el empuje?
Cuando el peso es igual al empuje, el objeto flota.
Cuando un objeto o un cuerpo está bajo un fluido, por ejemplo, sumergido en el agua, su peso es una fuerza que, por gravedad, tira de él hacia abajo y vence la presión que el fluido ejerce sobre él en todos sus puntos sumergidos y se mide contra una fuerza similar que ejerce la columna del fluido bajo el cuerpo, conocida como empuje.
Si un objeto arrojado al agua se hunde es porque su peso vence al empuje con que el líquido contrarresta su masa; mientras que si el objeto permanece flotando, es porque el empuje es igual o superior a su propio peso.
Esta es la razón por la cual cuesta menos levantar objetos bajo el agua que a partir de la superficie: a nuestra fuerza debe sumarse el empuje del fluido hacia afuera del agua.
¿Qué diferencia a los fluidos líquidos de los gaseosos?
Los gases están desprovistos de volumen y pueden comprimirse.
Los fluidos líquidos y gaseosos no son iguales. Los líquidos tienen volumen propio y son incompresibles, a diferencia de los gaseosos, desprovistos de volumen y comprimibles (de hecho así es como se hacen los gases licuados: se los comprime hasta obligarlos a cambiar a líquido). Variando la temperatura y la presión, puede obligarse a un fluido a cambiar entre estos dos estados o fases de la materia.
¿Qué es la hidráulica?
La hidráulica es la rama de la física que estudia el comportamiento de los líquidos en función de sus propiedades puntuales, y los somete a fuerzas y a condiciones que permiten predecir su comportamiento y usarlo con conciencia a favor de obtener un resultado deseado.
¿Qué es la mecánica de fluidos?
La mecánica de fluidos estudia su interacción con el entorno y con determinadas fuerzas.
A diferencia de la hidráulica, la mecánica es otra rama de la física que se interesa por todos los fluidos, no solo los líquidos, así como su interacción con el entorno que los limita y con las fuerzas cortantes a las que sean sometidos. Estudia el movimiento de los fluidos y las fuerzas que lo generan.
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Referencias
- “Fluidos” en http://www.sc.ehu.es/
- “Conceptos fundamentales y propiedades de los fluidos” (Video) en https://www.youtube.com/
- “Un superfluido de helio ilustra el inicio del Universo” en https://www.europapress.es/