INTRODUCCION A LA HIDRAULICA

HIDRAULICA

La hidráulica es la parte da la Física que estudia la mecánica de los fluidos; analiza las leyes que rigen el movimiento de los líquidos y las técnicas para el mejor aprovechamiento de las aguas. La hidráulica se divide en dos partes: la hidrostática, encargada de lo relacionado con los líquidos en reposo; y la hidrodinámica que estudia el comportamiento de los líquidos en movimiento. La hidráulica se fundamenta en las siguientes consideraciones: los líquidos son isótropos, es decir, manifiestan las mismas propiedades físicas en todas las direcciones; son incompresibles y totalmente fluidos; circulan en régimen permanente toda vez que sus moléculas atraviesan una sección de tubería a la misma velocidad y de manera continua, porque las moléculas en íntimo contacto transmiten íntegramente de una a otra las presiones que reciben. Mediante el cálculo matemático, el diseño de modelos a pequeña escala y la experimentación con ellos, es posible determinar las características de construcción que deben tener las presas, puertos, canales, tuberías y las máquinas hidráulicas, como el gato y la prensa. En esta unidad nos dedicaremos al estudio de la hidrostática.
La hidrostática tiene por objeto estudiar a los líquidos en reposo. Se fundamenta en leyes y principios como el de Arquímedes, Pascal o la paradoja hidrostática de Stevin; mismos que contribuyen a cuantificar las presiones ejercidas por los fluidos, y al estudio de sus características generales. Comúnmente los principios de la hidrostática también se aplican a los gases. El término fluido se aplica a líquidos y gases porque ambos tienen propiedades comunes. No obstante, conviene recordar que un gas es muy ligero y, por tanto, puede comprimirse con facilidad, mientras un líquido es prácticamente incompresible. Los fluidos están constituidos por gran cantidad de minúsculas partículas de materia, éstas se deslizan unas sobre otras en los líquidos y en los gases se mueven sueltas. Esto explica por qué los líquidos y gases no tienen forma definida, adoptando la del recipiente que los contiene. Finalmente recordemos que un gas es expansible, por consiguiente su volumen no es constante; pues al pasarlo a un recipiente de mayor volumen inmediatamente ocupa todo el espacio libre. Un líquido, por su parte, no tiene forma definida, pero sí volumen definido.

CARACTERISTICAS DE LOS LIQUIDOS

VISCOCIDAD.

Esta propiedad se origina por el rozamiento de unas partículas con otras, cuando un líquido fluye. -Por tal motivo, la viscosidad se puede definir como una medida de la resistencia qué opone un líquido a fluir. Si en un recipiente perforado en el centro se hacen fluir por separado miel, leche, agua y alcohol, observamos que cada líquido fluye con rápidez distinta.

ADHERENCIA.

La adherencia es la fuerza de atracción que se manifiesta entre las moléculas de dos sustancias diferentes en contacto. Comúnmente las sustancias líquidas se adhieren a los cuerpos sólidos. Al sacar una varilla de vidrio de un recipiente con agua, está completamente mojada, esto significa que el agua se adhiere al vidrio. Pero si la varilla de vidrio se introduce en un recipiente con mercurio, al sacarla se observa completamente seca, lo cual indica que no hay adherencia entre el mercurio y el vidrio. En general, cuando el fenómeno de adherencia se presenta significa que la fuerza de cohesión entre las moléculas de una misma sustancia es menor a la fuerza de adherencia que experimenta al contacto con otra. Tal es el caso del agua adherida al vidrio, la pintura al adherirse a un muro, el aceite al papel, o la tinta a un cuaderno. Si la fuerza de cohesión entre las moléculas de una sustancia es mayor que la fuerza de adherencia que experimenta al contacto con otra, no se presenta adherencia y se dice que el líquido no moja al sólido.

CAPILARIDAD

La capilaridad se presenta cuando existe contacto entre un líquido y una pared sólida, especialmente si son tubos muy delgados (casi del diámetro de un cabello) llamados capilares. Al introducir un tubo de diámetro muy pequeño en un recipiente con agua se observa que el líquido asciende por el tubo alcanzando una altura mayor que la de la superficie libre del líquido. La superficie del líquido contenido en el tubo no es plana, sino que forma un menisco cóncavo.

TENSION SUPERFICIAL

El concepto de tensión superficial se emplea en el ámbito de la física para hacer referencia a la cantidad de energía que se requiere para incrementar la superficie de un líquido por unidad de área. Dicha energía se necesita ya que los líquidos ejercen una resistencia a la hora de incrementar la superficie.

La tensión superficial surge por las fuerzas que actúan cohesionando las moléculas de los líquidos. Dichas fuerzas no son iguales en la superficie y en el interior del líquido, aunque en promedio terminan anulándose. Como las moléculas de la superficie tienen más energía, el sistema tiende a minimizar el total de energía a partir de una reducción de las moléculas superficiales; de este modo, el área del líquido se reduce al mínimo.

Una de las propiedades de la tensión superficial indica que, a medida que el líquido tenga mayores fuerzas de cohesión, contará con una tensión superficial mayor. De todas maneras, hay que tener en cuenta que la tensión superficial está vinculada a la temperatura, el medio y la naturaleza del líquido.

Podemos entender la tensión superficial como una especie de membrana elástica que dificulta “ingresar” al líquido. Por este fenómeno, algunos insectos tienen la posibilidad de posarse sobre el agua sin que se hundan.

COHESION

En física, la cohesión molecular es la atracción molecular entre las moléculas de un mismo cuerpo. En este sentido, se puede decir que la cohesión es la propiedad que mantiene al cuerpo sólido conservado en su forma, y fuerte para resistir a las presiones o aplicaciones de fuerzas externas.

Por ejemplo, en el hielo la cohesión se produce por la disminución de la temperatura que endurece y cohesiona las moléculas del agua convirtiéndolas en sólido. La cohesión se da entre moléculas de la misma sustancia, es la fuerza que las mantienen unidas.