Definiciones

EMPUJE

El  empuje es una fuerza que aparece cuando se sumerge un cuerpo en un fluido. El módulo de ésta viene dado por el peso del volumen del fluido desalojado.

Se produce debido a que la presión de cualquier fluido en un punto determinado depende principalmente de la profundidad en que éste se encuentre (en otras palabras, a la cantidad de fluido que tenga encima).Esta presión ejerce una fuerza sobre cualquier cuerpo sumergido en el fluido y tiene la propiedad ser perpendicular a la superficie del cuerpo.

Si pensamos en un cuerpo cúbico sumergido es evidente que alguna de sus caras estará más profunda que el resto de ellas. Dado que la presión ejerce una fuerza sobre todas las caras sin importar cual sea y siempre perpendicular a esta, la fuerza que se ejerce sobre la cara más profunda es mayor que la fuerza sobre la cara menos profunda, lo que da como resultante una fuerza ascendente que es la fuerza de empuje.En las caras laterales no ocurre esto ya que las fuerzas laterales se restan puesto que, punto a punto, se encuentran a la misma altura.

DENSIDAD

La densidad se define como la cantidad de materia que posee un cuerpo en la relación al volumen que ocupa en el espacio. Es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia.

TENSIÓN SUPERFICIAL

Las fuerzas cohesivas entre las moléculas de un líquido, son las responsables del fenómeno conocido como tensión superficial. Las moléculas de la superficie no tienen otras iguales sobre todos sus lados, y por lo tanto se cohesionan mas fuertemente, con aquellas asociadas directamente en la superficie. Esto forma una película de superficie, que hace mas difícil mover un objeto a través de la superficie, que cuando está completamente sumergido.

La tensión superficial se define en general como la fuerza que hace la superficie (la «goma» que se menciona antes») dividida por la longitud del borde de esa superficie (OJO: no es fuerza dividida por el área de la superficie, sino dividida por la longitud del perímetro de esa superficie).

La tensión superficial, se mide normalmente en dinas/cm., la fuerza que se requiere (en dinas) para romper una película de 1 cm. de longitud. Se puede establecer de forma equivalente la energía superficial en ergios por centímetro cuadrado. El agua a 20°C tiene una tensión superficial de 72.8 dinas/cm comparada con 22.3 para el alcohol etílico y 465 para el mercurio.

Cohesión y Tensión Superficial

Las fuerzas cohesivas entre las moléculas dentro de un líquido, están compartidas con todos los átomos vecinos. Las de la superficie, no tienen átomos por encima y presentan fuerzas atractivas más fuertes sobre sus vecinas próximas de la superficie. Esta mejora de las fuerzas de atracción intermoleculares en la superficie, se llama tensión superficial.

Tensión Superficial del Agua

La tensión superficial del agua es 72 dinas/cm a 25°C. Sería necesaria una fuerza de 72 dinas para romper una película de agua de 1 cm. de larga. La tensión superficial del agua, disminuye significativamente con la temperatura, según se muestra en el gráfico. La tensión superficial, proviene de la naturaleza polar de las moléculas de agua.

El agua caliente es un agente de limpieza mejor, porque la menor tensión superficial, la hace mejorar como «agente de mojado», penetrando con mas facilidad en los poros y fisuras. Los detergentes y jabones bajan aún mas la tensión superficial.

CAPILARIDAD

La capilaridad es una propiedad de los líquidos que depende de su tensión superficial (la cual, a su vez, depende de la cohesión o fuerza intermolecular del líquido), que le confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar.

En un recipiente se vierte agua (coloreada de un cierto tinte para ver con mayor claridad el efecto que se produce).Se introduce en el recipiente un tuvo de cristal alargado y estrecho. Inmediatamente parte de agua del recipiente ascenderá por el tubo hasta alcanzar una altura determinada, esta altura será tal que el peso del líquido que quede dentro del tubo sea igual a la tensión superficialde dicho líquido.

Si cogemos un tubo con un mayor diámetro el agua que ascenderá por él llegará a menor altura pero el peso del líquido que queda dentro del tubo también es igual a la tensión superficial de dicho líquido.

A este fenómeno se le conoce como Capilaridad líquida.Si se tuviese un tubo tan fino como el de un cabello, la cantidad de líquido ascendería mucho más en altura  pero el peso del líquido que queda dentro del tubo también es igual a la tensión superficial de dicho líquido.

Si tomamos un tubo de cristal grueso comunicado con uno fino y echamos agua en él se verá cómo en el tubo grueso el agua alcanza menos altura que en el fino, como se ilustrra en la figura a la izquierda.

Si hacemos la misma prueba con mercurio en vez de con agua (tal como se compara en la misma figura) resultará que en el tubo grueso el mercurio alcanza más altura que en el fino.

Además, en el primer caso, se puede ver que el agua se une con la pared del tubo (menisco) de forma cóncava, mientras que con el mercurio lo hace de forma convexa.

En palabras más sencillas, cuando se introduce un capilar en un recipiente con agua, ésta asciende por el capilar como si trepase agarrándose por las paredes, hasta alcanzar un nivel superior al del recipiente.Cuando un líquido sube por un tubo capilar, es debido a que la fuerza intermolecular (o cohesión intermolecular) entre sus moléculas es menor a la adhesión del líquido con el material del tubo (es decir, es un líquido quemoja).

El líquido sube hasta que la tensión superficial es equilibrada por el peso del líquido que llena el tubo. Éste es el caso del agua, y ésta propiedad es la que regula parcialmente su ascenso dentro de las plantas, sin gastar energía para vencer la gravedad.

Sin embargo, cuando la cohesión entre las moléculas de un líquido es más potente que la adhesión a las paredes del capilar (como el caso del mercurio), la tensión superficial hace que el líquido llegue a un nivel inferior, y su superficie es convexa.

FLUIDOS

Son un conjunto de sustancias donde existe entre sus moléculas poca fuerza de atracción, cambiando su forma, lo que ocasiona que la posición que toman sus moléculas varía, ante una fuerza aplicada sobre ellos, pues justamente fluyen. Los líquidos toman la forma del recipiente que los aloja, manteniendo su propio volumen, mientras que los gases carecen tanto de volumen como de forma propios. Las moléculas no cohesionadas se deslizan en los líquidos, y se mueven con libertad en los gases. Los fluidos están conformados por los líquidos y los gases, siendo los segundos mucho menos viscosos (casi fluidos ideales).

Los fluidos son compresibles pues su volumen se reduce al ser comprimidos o presionados. Sin embargo son fluidos no compresibles los que soportan la fuerza de compresión del mismo modo que los cuerpos sólidos. Los líquidos sufren escasa deformación a la compresión, mientras que los gases son fluidos compresibles, estudiados por la termodinámica.

HIDROSTATICA

La hidrostática es la rama de la mecánica de fluidos que estudia los fluidos en estado de reposo; es decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición. Reciben el nombre de fluidos aquellos cuerpos que tienen la propiedad de adaptarse a la forma del recipiente que los contiene. A esta propiedad se le da el nombre de fluidez.

Son fluidos tanto los líquidos como los gases, y su forma puede cambiar fácilmente por escurrimiento debido a la acción de fuerzas pequeñas. Los principales teoremas que respaldan el estudio de la hidrostática son el principio de Pascal y el principio de Arquímedes. La presión hidrostática, por lo tanto, da cuenta de la presión o fuerza que el peso de un fluido en reposo puede llegar a provocar. Se trata de la presión que experimenta un elemento por el sólo hecho de estar sumergido en un líquido.