4 Introducción: Tipos de fuerzas en fluidos
Summary
TLDREn el último vídeo del curso de mecánica de fluidez, se exploran las fuerzas que actúan en los fluidos además de la cortante, como las fuerzas normales y el peso. Se compara el estudio de cuerpos sólidos y fluidos, destacando la diferencia debido a la estructura molecular del fluido. Se introduce el concepto de volumen de control para analizar el comportamiento del fluido y se explica cómo se calculan los esfuerzos normales y cortantes. Además, se menciona la relación entre el esfuerzo cortante y el estado estático o dinámico del fluido, dejando en suspenso la respuesta a si la deformación puede ser infinita.
Takeaways
- 🔍 Este es el último vídeo introductorio del curso de mecánica de fluidos.
- 🤔 Se plantean dos preguntas clave: si existen otros tipos de fuerzas además de las cortantes y si la deformación puede ser infinita.
- 💧 Se explica que en la mecánica de fluidos, al igual que en la física de cuerpos sólidos, se pueden estudiar estática y dinámicamente.
- 🧲 Se destaca que en el caso dinámico de fluidos, además de la fuerza normal y el peso, aparecen las fuerzas cortantes, equivalentes a la fricción en sólidos.
- 🔄 Se introduce el concepto de volumen de control para analizar el comportamiento de fluidos, similar a cómo se usan los yunques en física de sólidos.
- 🌐 Se describen las fuerzas normales y cortantes en un volumen de control, que son fundamentales para entender el flujo de fluidos.
- 📏 Se aclara que los esfuerzos normales y cortantes se relacionan con fuerzas de superficie, mientras que el peso es una fuerza de cuerpo.
- 🔄 Se establece la relación entre esfuerzos y fuerzas, donde los esfuerzos son fuerzas por unidad de área y se miden en newtons por metro cuadrado (pascales).
- ⚖️ Se menciona que el esfuerzo cortante es cero en un estado estático, lo que indica que el fluido no se moverá, y no cero en un estado dinámico, donde el fluido está en movimiento.
- 🔮 Se sugiere que los esfuerzos viscosos o desviatorios son responsables de la resistencia al movimiento del fluido, contribuyendo a la fricción.
Q & A
¿Cuál es el objetivo principal del cuarto video del curso de mecánica de fluidez?
-El objetivo principal es responder a dos preguntas introductorias sobre la mecánica de fluidos: si existen otros tipos de fuerzas además de la cortante y si la deformación puede ser infinita.
¿Qué diferencia hay entre el estudio estático y dinámico de cuerpos en física?
-En el estudio estático, el balance de fuerzas se hace solo entre la fuerza normal y el peso, mientras que en el dinámico surge una fuerza extra, la fuerza de rozamiento.
¿Cómo se relaciona la fuerza de rozamiento con la fricción en los fluidos?
-En los fluidos, las fuerzas de rozamiento se llaman fuerzas cortantes y son equivalentes a la fricción o al rozamiento que se genera en las superficies del fluido.
¿Qué es un volumen de control en la mecánica de fluidos?
-Un volumen de control es una sección imaginaria dentro de un fluido que se utiliza para estudiar y promediar el comportamiento de las partículas del fluido en ese área específica.
¿Cuáles son las fuerzas que actúan sobre un volumen de control en un fluido?
-Las fuerzas que actúan sobre un volumen de control incluyen fuerzas normales, fuerzas cortantes (equivalentes a las fuerzas de rozamiento en sólidos) y el peso.
¿Qué es un esfuerzo normal y cómo se relaciona con las fuerzas en un fluido?
-Un esfuerzo normal es una fuerza que actúa perpendicular a una superficie y en un fluido, se relaciona con las fuerzas que actúan sobre las caras de un volumen de control en dirección normal a esas caras.
¿Cómo se define el esfuerzo cortante en un fluido?
-El esfuerzo cortante en un fluido es una fuerza que actúa paralelo a la superficie y es equivalente a la fricción que se produce en las interfaces del fluido.
¿Qué implica que un fluido esté en un estado estático o dinámico según el esfuerzo cortante?
-Si el esfuerzo cortante es cero, el fluido está en un estado estático o en reposo. Si es diferente de cero, el fluido está en movimiento, es decir, en un estado dinámico.
¿Cómo se calcula el esfuerzo normal en un volumen de control?
-El esfuerzo normal se calcula dividiendo la fuerza normal que actúa sobre una cara del volumen de control por el área de esa cara.
¿Cuál es la diferencia entre los esfuerzos normales y los esfuerzos cortantes en términos de orientación respecto a la superficie?
-Los esfuerzos normales actúan perpendicular a la superficie, mientras que los esfuerzos cortantes actúan paralelos a la superficie.
Outlines
💧 Introducción a la mecánica de fluidos y tipos de esfuerzos
Este primer párrafo introduce el último vídeo de la parte introductoria del curso de mecánica de fluidos. Se plantea la pregunta de si existen otros tipos de fuerzas además de la cortante y si la deformación puede ser infinita. Se explica que en física, los cuerpos se estudian de dos maneras: estática y dinámica. En el caso estático, el balance de fuerzas se realiza entre la fuerza normal y el peso, mientras que en el dinámico aparece la fuerza de rozamiento. En fluidos, se hace una analogía similar, donde la fuerza de rozamiento se traduce en fuerzas cortantes. Se introduce el concepto de volumen de control para entender el comportamiento de las partículas del fluido y cómo estas fuerzas afectan su movimiento.
🔧 Fuerzas en fluidos: Normales y cortantes
El segundo párrafo profundiza en el estudio de las fuerzas en fluidos, diferenciando entre fuerzas de superficie y fuerzas de cuerpo. Se explica que las fuerzas normales y cortantes son fundamentales para entender el movimiento del fluido. Se destaca la relación entre estas fuerzas y el esfuerzo normal y cortante, que son medidas de la fuerza sobre un área. Además, se menciona cómo se calculan estos esfuerzos en un volumen de control, teniendo en cuenta la orientación de las fuerzas y el área a la que se aplican. Se enfatiza la importancia de estas fuerzas para entender la resistencia al movimiento del fluido. Finalmente, se conecta el concepto de esfuerzo cortante con el estado estático o dinámico del fluido y se invita a los espectadores a suscribirse para seguir el curso y obtener respuestas a futuras preguntas.
Mindmap
Keywords
💡Mecánica de fluidos
💡Fuerza cortante
💡Deformación
💡Esfuerzo
💡Volumen de control
💡Fuerza normal
💡Fuerza de rozamiento
💡Estado estático y dinámico
💡Esfuerzo normal y cortante
💡Teoría del medio continuo
Highlights
Este es el último vídeo introductorio del curso de mecánica de fluidez.
Se exploran dos preguntas clave: si existen otras fuerzas además de la cortante y si la deformación puede ser infinita.
La deformación en fluidos se caracteriza por el desplazamiento y el ángulo entre puntos.
En física, los cuerpos se estudian estática y dinámicamente, con balance de fuerzas diferente en cada caso.
En fluidos, las fuerzas normales y cortantes son análogas a la fuerza de rozamiento en sólidos.
Se introduce el concepto de volumen de control para entender el comportamiento de fluidos.
Las fuerzas en fluidos incluyen fuerzas normales y cortantes, similares a las fuerzas en sólidos.
El peso es una fuerza de cuerpo en fluidos, relacionada con la masa y densidad del fluido.
Las fuerzas se clasifican en de superficie y de cuerpo, dependiendo de su distribución en el volumen de control.
El esfuerzo es definido como fuerza sobre área, con unidades de newtons por metro cuadrado (pascales).
Se explica la relación entre esfuerzos normales y cortantes con el movimiento del fluido.
Un esfuerzo cortante cero indica un estado estático del fluido, mientras que un valor diferente indica un estado dinámico.
Se discute la teoría del medio continuo y su importancia en el estudio de mecánica de fluidos.
Los esfuerzos viscosos o desviatorios son responsables de la fricción y resistencia al movimiento del fluido.
Se describe cómo calcular el esfuerzo normal y cortante a través de las fuerzas y áreas correspondientes.
Se resalta la diferencia entre áreas perpendiculares y paralelas en el cálculo de esfuerzos normales y cortantes.
Se invita a los espectadores a suscribirse y seguir el curso para responder la última pregunta sobre la deformación infinita.
Transcripts
bienvenidos fluido manos al cuarto vídeo
del curso de mecánica de fluidez
quiero decirles que este va a ser el
último vídeo relacionado a la parte
introductoria del curso
en este vídeo quiero recordarles que
existen llevamos dos preguntas la
primera es si existen otro tipo de
fuerzas o esfuerzo además de la cortante
y la otra es si la deformación puede ser
infinita cuando se deja de aplicar el
esfuerzo cortante recordemos que esta
pregunta proviene de la definición de
fluidos y que la deformación la
caracterizamos por el desplazamiento que
se da del punto hasta prima o el ángulo
que se daba entre ellos en este vídeo
quiero responderles la primera pregunta
y es si existen otro tipo de esfuerzos
además del cortante para responder esta
pregunta quiero recordarles que en la
física para estudiar los cuerpos se
pueden hacer de dos formas en uno que es
estático y el otro que es dinámico
cuando el cuerpo se encuentran estático
el balance de fuerzas se hace solamente
entre la fuerza normal y el peso
mientras que en el dinámico surge una
fuerza extra
qué es la fuerza de rozamiento que para
este ejemplo teníamos que la fuerza de
rozamiento era la fricción que se estaba
dando entre las llantas y el pavimento
en los fluidos podemos hacer exactamente
lo mismo
imaginemos por ejemplo que tenemos una
pendiente y que está fluyendo aquí agua
que se encuentra totalmente libre y
cuando digo libre me refiero es que la
superficie el agua está en contacto con
la atmósfera y está por acción de la
gravedad va a estar fluyendo si nosotros
te limitamos esta área aquí de forma
imaginaria creo que les va a resultar
muy similar a cualquier tipo de problema
en física de los básicos que era cuando
se tenían yunque es ladrillos o cuerpos
rectangulares cuadrados sólidos que
estaban deslizándose y cuando se hacían
esa sumatoria de fuerzas prácticamente
se tenía la fuerza normal el peso y la
fuerza de rozamiento
resulta que influidos varía un poco y es
precisamente porque la estructura
molecular de un fluido es totalmente
diferente a la de un sólido para poder
entender qué fuerzas están llevando a
cabo en un flujo lo mejor que podemos
hacer es construir un volumen de control
y que recordemos que a través de un
volumen de control podíamos encerrar
para poder promediar o entender el
comportamiento similar que hay entre las
partículas porque el movimiento del
fluido estar regido por el movimiento de
las partículas y recuerden que las
partículas son aquellas que tienen la
información del fluido en este caso
vamos a tener también una fuerza normal
y esas son las que se encuentran en
totalmente normal a la cara que se está
dando acá a esta parte de aquí también
tenemos otra fuerza normal en este
sentido que es en z y otra fuerza normal
que ese sentido en x que se encuentra
que son normales respecto
a las caras que se han dibujado acá en
este cubo y también vamos a tener unas
fuerzas de rozamiento que en este caso
en fluido se dicen fuerzas cortantes
pero son las que equivalente a la
fricción o al rozamiento que se está
generando en esta parte de acá de
destacar en esta de acá y como la
fricción se puede dar en dos sentidos
en dos direcciones por ejemplo en esta
cara de acá que tenemos que es la cara
que está apuntando a la dirección zeta
tenemos un puede ser una fricción en
sentido iu y una fricción en sentido x
por esas razones que se tienen día dos
en cada una de esas caras el otro tipo
de fuerza que es el que nos hace falta
es el peso y ese peso va a estar
caracterizado por la propiedad del
fluido que se encuentra en cada una de
las partículas que vienen siendo ese
conjunto de partículas que viene siendo
la masa
y que podemos nosotros perfectamente
cambiarla por el volumen de acuerdo a la
definición de la masa que es volumen por
densidad y la agencia también es una
propiedad que se encuentra dentro de
cada una de esas partículas
que si nosotros queremos cuantificar la
con mayor exactitud va a depender el
volumen de control o de las dimensiones
que hemos definido para este volumen de
control
si nosotros queremos clasificar estas
fuerzas lo podemos hacer de dos formas
la primera va a ser unas fuerzas de
superficie todas las fuerzas que se
estén dando en las caras por ejemplo la
normal y la cortante mientras que las
fuerzas de cuerpo son todas las que
reúnen todo el volumen que sea definida
en este caso las fuerzas normales y las
fuerzas cortantes las podemos relacionar
con el esfuerzo normal y un esfuerzo
cortante
y esto aquí es donde nos responde la
pregunta si existe otro tipo de esfuerzo
y es si tenemos también los esfuerzos
normales
pero quiero también mostrarles algo muy
interesante y es que cuando tenemos
un cuerpo que se encuentra totalmente
estático eso significa que no hay una
fuerza normal perdón no hay unas fuerzas
una fuerza cortante es decir aquí no
tenemos una fuerza de rozamiento como lo
pueden ver eso significa que si la
fuerza de rozamiento es cero y esfuerzo
cortante va a ser cero es decir que
cuando tenemos un esfuerzo cortante
igual a cero podemos decir que nos
encontramos en un estado estático o en
reposo es decir el fluido va a estar
estático mientras que si es diferente de
cero el fluido va a estar en movimiento
es decir en un estado dinámico
vamos a entender un poquito el esfuerzo
y es que eso es una fuerza sobre área
como ya lo habíamos definido y las
unidades van a ser newtons sobre metro
cúbico eso implicaría que podríamos
generar pascal es acá
otra situación interesante y es que así
como planteamos ese volumen de control
para entender esas fuerzas recordemos
que nosotros necesitamos es el
comportamiento general de las partículas
que estén encerradas en ese volumen de
control o en ese volumen imaginario que
recordemos que proviene de la teoría o
de la suposición de medio continuo
en esta parte podemos hacer exactamente
lo mismo con los esfuerzos vamos a tener
esfuerzos normales y esfuerzos cortantes
que van a estar dados para cada una de
las caras y esto influyó se conoce como
un esfuerzos viscosos o desvía torios
porque son los encargados de generar la
fricción es decir la resistencia al
movimiento del fluido
y si nosotros quisiéramos calcular este
esfuerzo normal podríamos hacerlo a
través de la fuerza normal que se está
dando en la componente zeta ceta sobre
el área y pues el área cual vendría
haciendo vendría siendo de x que es esta
parte de acá por el d ye que es esta
parte de acá porque tenemos es un
cuadrado o un rectángulo
si nosotros quisiéramos calcular el
esfuerzo que es xy que vendría haciendo
este esfuerzo en esta parte de acá
tendríamos que el área que está
asociada a ese esfuerzo en este caso
vendría siendo dj de set que estaría
calculando toda esta parte acá y
recordemos que esa área prácticamente lo
que nos está dando es delimitando las
partículas que están siendo sometidas a
esa fuerza que fue lo que vimos cuando
hablamos de la teoría del medio continuo
algo interesante acá para resaltar es
que cuando deseemos calcular un esfuerzo
normal el área siempre va a estar
perpendicular respecto a la fuerza
normal por ejemplo volviendo a esta
parte de acá sibal queríamos calcular
esta parte acá este esfuerzo que se
tiene acá esta área que está dando acá
es totalmente perpendicular a esta que
es a esta dirección de este vector
pero si nosotros quisiéramos calcular el
esfuerzo cortante todos los cortantes
son paralelos al área que se está
haciendo sometida por eso en este
ejemplo que lo vimos acá son totalmente
paralelos a esta área no normales
recuerden aquí el normal sería este y el
paralelo sería este que se encuentra acá
es decir el cortante bueno fluido a
manos espero que les haya gustado
nos queda pendiente la última pregunta
que si la deformación es infinita creo
que ya se pueden dar una idea de la
respuesta a esta pregunta sin embargo no
olviden suscribirse en estar pendientes
para que sigan avanzando en este curso y
así mismo ir respondiendo cada una de
las preguntas que van surgiendo por cada
vídeo nos vemos en una próxima
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