Fluidodinámica
La Dinámica de Fluidos trata del funcionamiento de los fluidos (líquidos y gases). Es una de las partes más antiguas del estudio de la Física, y la estudian físicos, matemáticos e ingenieros. Las matemáticas pueden describir cómo se mueven los fluidos mediante fórmulas matemáticas llamadas ecuaciones. La dinámica de fluidos de los gases se denomina aerodinámica.
Entender cómo se comportan los fluidos nos ayuda a comprender cosas como el vuelo o las corrientes marinas. Por ejemplo, la dinámica de fluidos puede utilizarse para entender el clima, ya que tanto las nubes como el aire son fluidos. La dinámica de fluidos también puede utilizarse para entender cómo vuelan los aviones en el aire o cómo se mueven los barcos y los submarinos en el agua.
Los programas informáticos pueden utilizar las ecuaciones matemáticas de la dinámica de fluidos para modelar y predecir las acciones de los fluidos en movimiento. Los ordenadores nos han ayudado mucho a entender la dinámica de fluidos, y algunas personas estudian cómo modelar o simular fluidos sólo con un ordenador. El estudio de la dinámica de fluidos con ordenadores se denomina dinámica de fluidos computacional (o CFD, por sus siglas en inglés).
Ecuaciones importantes en dinámica de fluidos
Las ecuaciones matemáticas que rigen el flujo de fluidos son sencillas de pensar pero muy difíciles de resolver. En la mayoría de los casos de la vida real no hay forma de obtener una solución que pueda escribirse y, en su lugar, hay que utilizar un ordenador para calcular la respuesta. Hay tres ecuaciones fundamentales basadas en tres reglas.
Conservación de la masa: la masa no se crea ni se destruye, simplemente se mueve de un lugar a otro. Esto da lugar a la ecuación de conservación de la masa. A veces esto puede no aplicarse, como en el caso de un flujo que implique una reacción química.
Conservación de la energía: es la primera ley de la termodinámica, la energía nunca se crea ni se destruye, sólo cambia de forma (es decir, de energía cinética a energía potencial) o se desplaza.
Conservación del momento: se trata de la segunda ley de Newton y establece que Fuerza = tasa de cambio del momento. El momento es la masa por la velocidad. Las ecuaciones del momento son las ecuaciones que dificultan la resolución de problemas de dinámica de fluidos. Hay varias versiones diferentes que incluyen una serie de efectos distintos. Las ecuaciones de Navier-Stokes son ecuaciones de momento, y las ecuaciones de Euler son las ecuaciones de Navier-Stokes pero sin incluir la viscosidad. Hay una ecuación de momento en un problema 1D y tres, una en cada dirección del espacio, en 3D.
Para resolver las ecuaciones suele ser necesaria más información en forma de ecuación de estado. Ésta relaciona las propiedades termodinámicas (normalmente la presión y la temperatura) entre sí para un tipo específico de fluido. Un ejemplo es la ecuación de estado del "gas ideal", que relaciona la presión, la temperatura y la densidad y funciona bien para los gases a presiones normales (como el aire a presión atmosférica).
- Ecuación de Poiseuille
- Teorema de Bernoulli
- Ecuaciones de Navier-Stokes
Páginas relacionadas
Preguntas y respuestas
P: ¿De qué habla la Dinámica de Fluidos?
R: La Dinámica de Fluidos habla de cómo funcionan los fluidos (líquidos y gases).
P: ¿Quién estudia la Dinámica de Fluidos?
R: La Dinámica de Fluidos es estudiada por físicos, matemáticos e ingenieros.
P: ¿Cómo pueden las matemáticas describir cómo se mueven los fluidos?
R: Las matemáticas pueden describir cómo se mueven los fluidos mediante fórmulas matemáticas denominadas ecuaciones.
P: ¿Cómo se denomina la dinámica de fluidos de los gases?
R: La dinámica de fluidos de los gases se denomina aerodinámica.
P: ¿Por qué es importante comprender cómo se comportan los fluidos?
R: Comprender cómo se comportan los fluidos nos ayuda a entender cosas como el vuelo o las corrientes oceánicas.
P: ¿Cómo pueden utilizar los programas informáticos las ecuaciones matemáticas de la dinámica de fluidos?
R: Los programas informáticos pueden utilizar las ecuaciones matemáticas de la dinámica de fluidos para modelizar y predecir las acciones de los fluidos en movimiento.
P: ¿Cómo se denomina el estudio de cómo la dinámica de fluidos puede realizarse con ordenadores?
R: Estudiar cómo puede realizarse la dinámica de fluidos con ordenadores se denomina dinámica de fluidos computacional (o CFD, por sus siglas en inglés).
