Principios Fundamentales de Física: Viscosidad, Flujo de Fluidos y Fenómenos Térmicos
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Viscosidad
La viscosidad es una fuerza de fricción interna que se manifiesta en el interior de un líquido cuando este tiende a moverse, o cuando un objeto se desplaza en su interior.
Flujo de Fluidos: Laminar, Turbulento y Número de Reynolds
Flujo Laminar
El flujo laminar es un movimiento de un líquido que se produce de forma lenta y formando capas superpuestas. Cuando una partícula que se mueve en una de las capas no puede pasar a otra, se dice que el flujo es laminar estacionario.
Flujo Turbulento
El flujo turbulento es un movimiento de un líquido que se caracteriza por ser violento y caótico. En este tipo de flujo, una partícula de líquido puede moverse libremente entre las capas.
Número de Reynolds
El carácter laminar o turbulento de un flujo de líquido se determina mediante una cantidad adimensional que se denomina Número de Reynolds (Re). Si:
- Si Re < 2000, el flujo es laminar.
- Si Re > 4000, el flujo es turbulento.
- Si 2000 < Re < 4000, el flujo se encuentra en una etapa intermedia o transicional.
Caudal de Líquidos Viscosos en Tuberías Cilíndricas
Cuando un líquido con viscosidad se mueve en el interior de un tubo cilíndrico, ocurre lo siguiente:
- El líquido se adhiere a las paredes del recipiente, de tal manera que en estos puntos la velocidad (V) es V = 0.
- Luego, la velocidad se incrementa hasta alcanzar una velocidad máxima en el eje de la tubería (V = Vmax).
Escalas Termométricas
Las escalas termométricas son espacios o divisiones que se gradúan en un termómetro, basándose en alguna propiedad física de una sustancia. En la mayoría de los casos, se utiliza la variación de las propiedades físicas del agua con la temperatura como punto de referencia. Las escalas termométricas más conocidas son las siguientes:
Escala Celsius
Considera como referencia 0°C para el punto de congelamiento del agua y 100°C para su punto de ebullición.
Escala Kelvin
Sus puntos de referencia son 273 K (punto de congelación del agua) y 373 K (punto de ebullición del agua).
Escala Fahrenheit (°F)
Sus puntos de referencia son 32°F (punto de congelación del agua) y 212°F (punto de ebullición del agua).
Dilatación Térmica
La dilatación térmica es un fenómeno que implica un cambio en las dimensiones de un cuerpo material por efecto de una variación de temperatura. Para simplificar su estudio, se consideran los siguientes tipos de dilatación:
Dilatación Lineal
Cambios que se producen en la longitud de un cuerpo material por efecto de variaciones de temperatura.
Dilatación Superficial
Cambio en la superficie de un cuerpo material debido a una variación de temperatura.
Dilatación Volumétrica
Cambios que se producen en el volumen de un cuerpo material por efecto de variaciones de temperatura.
Temperatura
La temperatura es una magnitud física escalar que mide el grado de agitación molecular (o la energía interna promedio) en que se encuentra una sustancia.
A mayor grado de agitación molecular, mayor temperatura, y viceversa.