En física, el flujo de fluidos tiene todo tipo de aspectos: estable o inestable, compresible o incompresible, viscoso o no viscoso, y rotacional o irrotacional, por nombrar algunos. Algunas de estas características reflejan las propiedades del líquido en sí, y otras se centran en cómo se mueve el líquido.
Tenga en cuenta que el flujo de fluido puede volverse muy complejo cuando se vuelve turbulento. Los físicos no han desarrollado ecuaciones elegantes para describir la turbulencia porque el funcionamiento de la turbulencia depende del sistema individual, ya sea que haya agua en cascada a través de una tubería o aire saliendo de un motor a reacción. Por lo general, tiene que recurrir a computadoras para manejar problemas que involucran turbulencias de fluidos.
Uniformidad de fluidos: Flujo constante o inestable
El flujo de fluidos puede ser constante o inestable, dependiendo de la velocidad del fluido:
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Firme. En el flujo constante de fluido, la velocidad del fluido es constante en cualquier punto.
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Inestable. Cuando el flujo es inestable, la velocidad del fluido puede diferir entre dos puntos cualesquiera.
Por ejemplo, supongamos que está sentado al lado de un arroyo y observa que el flujo de agua no es constante: ve remolinos y contracorriente y todo tipo de remolinos. Imagine vectores de velocidad para cien puntos en el agua, y obtendrá una buena imagen del flujo inestable: los vectores de velocidad pueden apuntar por todo el mapa, aunque los vectores de velocidad generalmente siguen el flujo promedio general de la corriente.
Capacidad de compresión de fluidos: Flujo compresible o incompresible
El flujo de fluido puede ser compresible o incompresible, dependiendo de si puede comprimir fácilmente el fluido. Los líquidos suelen ser casi imposibles de comprimir, mientras que los gases (también considerados fluidos) son muy compresibles.
Un sistema hidráulico funciona solo porque los líquidos son incompresibles, es decir, cuando aumenta la presión en un lugar del sistema hidráulico, la presión aumenta para que coincida con todas partes en todo el sistema. Los gases, por otro lado, son muy compresibles: incluso cuando la llanta de tu bicicleta está estirada al límite, puedes bombear más aire hacia ella presionando el émbolo y apretándolo.
Espesor del fluido: Flujo viscoso o no viscoso
El flujo de líquido puede ser viscoso o no viscoso. La viscosidad es una medida del grosor de un fluido, y los fluidos muy pegajosos, como el aceite de motor o el champú, se denominan fluidos viscosos.
La viscosidad es en realidad una medida de fricción en el fluido. Cuando un fluido fluye, las capas de fluido se rozan unas contra otras, y en fluidos muy viscosos, la fricción es tan grande que las capas de flujo se tiran unas contra otras y obstaculizan ese flujo.
La viscosidad generalmente varía con la temperatura, porque cuando las moléculas de un fluido se mueven más rápido (cuando el fluido está más caliente), las moléculas pueden deslizarse más fácilmente entre sí. Por ejemplo, cuando viertes jarabe para panqueques, puedes notar que es muy espeso en la botella, pero el jarabe se vuelve bastante líquido cuando se extiende sobre los panqueques calientes y se calienta.
Hilado fluido: Flujo rotacional o irrotacional
El flujo de fluido puede ser rotacional o irrotacional. Si, mientras viaja en un bucle cerrado, suma todos los componentes de los vectores de velocidad del fluido a lo largo de su trayectoria y el resultado final no es cero, entonces el flujo es rotacional.
Para probar si un flujo tiene un componente de rotación, puede colocar un objeto pequeño en el flujo y dejar que el flujo lo lleve. Si el objeto pequeño gira, el flujo es rotacional; si el objeto no gira, el flujo es irrotacional.
Por ejemplo, mire el agua que fluye en un arroyo. Serpentea alrededor de las piedras, se enrolla alrededor de los obstáculos. En tales lugares, el flujo de agua tiene un componente de rotación.
Algunos flujos que usted puede pensar que son rotacionales son en realidad irrotacionales. Por ejemplo, lejos del centro, un vórtice es en realidad un flujo irrotacional. Puede ver esto si observa el agua que drena de su bañera. Si coloca un objeto flotante pequeño en el flujo, va alrededor del orificio del tapón, pero no gira sobre sí mismo; por lo tanto, el flujo es irrotacional.
Por otro lado, los flujos que no tienen rotación aparente pueden ser rotacionales. Tomemos un flujo de cizallamiento, por ejemplo. En un flujo de cizallamiento, todo el fluido se mueve en la misma dirección, pero el fluido se mueve más rápido en un lado. Supongamos que el fluido se mueve más rápido a la izquierda que a la derecha. El fluido no se mueve en un círculo en absoluto, pero si coloca un pequeño objeto flotante en este flujo, el flujo en el lado izquierdo del objeto es ligeramente más rápido, por lo que el objeto comienza a girar. El flujo es rotativo.