Fluyíu

Fluyíu
	continuum (es) y sustancia

Denominar fluyíu a un tipu de mediu continuu formáu por dalguna sustancia ente que les sos molécules namái hai una fuercia d'atraición débil. La propiedá definitoria ye que los fluyíos pueden camudar de forma ensin qu'apaezan nel so senu fuercies restitutivas tendentes a recuperar la forma "orixinal" (lo cual constitúi la principal diferencia con un sólidu deformable, onde sigo hai fuercies restitutivas).

Na animación, el fluyíu de baxo ye más mafosu que'l de riba, eso trai que al cayer un oxetu sobre él tengan comportamientu cualitativamente distintos.

Un fluyíu ye un conxuntu de partícules que se caltienen xuníes ente si por fuercies cohesives débiles y les parés d'un recipiente; el términu engloba a los líquidos y los gases. Nel cambéu de forma d'un fluyíu la posición que tomen les sos molécules varia, ante una fuercia aplicao sobre ellos, pos xustamente flúin. Los líquidos tomen la forma del recipiente que los agospia, calteniendo'l so propiu volume, ente que los gases escarecen tantu de volume como de forma propies. Les molécules non cohesionadas esmucir nos líquidos y muévense con llibertá nos gases. Los fluyíos tán conformaos polos líquidos y los gases, siendo los segundos muncho menos mafosos (cuasi fluyíos ideales).

Carauterístiques

Movimientu ensin acutar de les molécules. Son infinitamente deformables, los desplazamientos qu'un puntu material o molécula puede algamar nel senu del fluyíu nun tán determinaos (esto oldea colos sólidos deformables, onde los desplazamientos tán muncho más llindaos). Esto debe a que les sos molécules nun tienen una posición d'equilibriu, como asocede nos sólidos onde la mayoría de molécules executen pequeños movimientos alredor de les sos posiciones d'equilibriu.
Compresibilidad. Tolos fluyíos son compresibles en ciertu grau. Sicasí, los líquidos son altamente incompresibles a diferencia de los gases que son altamente compresibles. Sicasí, la compresibilidad nun estrema a los fluyíos de los sólidos, una y bones la compresibilidad de los sólidos ye similar a la de los líquidos.
Mafa, anque la mafa nos gases ye enforma menor que nos líquidos. La mafa fai que la velocidá de deformación puede aumentar les tensiones nel senu del mediu continuu. Esta propiedá avera a los fluyíos mafosos a los sólidos viscoelásticos.
Distancia Molecular Grande: Esta ye una de les carauterístiques de los fluyíos na cual les sos molécules atópense dixebraes a una gran distancia en comparanza colos sólidos y esto déxa-y camudar bien fácilmente la so velocidá por cuenta de fuercies esternes y facilita la so compresión.
Fuercies de Van der Waals: Esta fuercia foi afayada pol físicu holandés Johannes Van der Waals, el físicu atopó la importancia de considerar el volume de les molécules y les fuercies intermoleculares y na distribución de cargues positives y negatives nes molécules estableciendo la rellación ente presión, volume, y temperatura de los fluyíos.
Ausencia de memoria de forma, esto ye, tomen la forma del recipiente que lu contenga, ensin qu'esistan fuercies de recuperación elástica como nos sólidos. Por cuenta de la so separación molecular los fluyíos nun tener una forma definida por tanto nun puede calculase el so volume o densidá a güeyu, pa esto introduz el fluyíu nun recipiente nel cual toma la so forma y asina podemos calcular el so volume y densidá, esto facilita'l so estudiu. Esta última propiedá ye la qu'estrema más claramente a fluyíos (líquidos y gases) de sólidos deformables.

Pal estudiu de los fluyíos ye indispensable referinos a la mecánica de fluyíos que ye la ciencia qu'estudia los movimientos de los fluyíos y una caña de la mecánica de medios continuos. Tamién estudia les interacciones ente'l fluyíu y el contorna que la llinda.

Propiedaes

Les propiedaes d'un fluyíu son les que definen el comportamientu y carauterístiques del mesmu tantu en reposu como en movimientu. Esisten propiedaes primaries y propiedaes secundaries del fluyíu.

Propiedaes primaries

Propiedaes primaries o termodinámiques:

Propiedaes secundaries

Caractericen el comportamientu específicu de los fluyíos.

Descripción de los fluyíos

Clasificación

Los fluyíos pueden clasificase d'alcuerdu a distintos carauterístiques, acordies col so comportamientu mafosos que presenten en:

Al respective de la so densidá y tipu de movimientu de les molécules y l'estáu físicu un fluyíu pue ser clasificáu en:

Inclusive'l plasma puede llegar a modelase como un fluyíu, anque esti contenga cargues llétriques.^[1]

Descripción matemática

Magar les molécules que formen los fluyíos pueden camudar la so posición relativa y son elementos discretos y xebrables unos d'otros. La manera d'estudialos y predicir el so comportamientu la mayor parte de situaciones ye tratalos como un mediu continuu. D'esta forma, les variables d'estáu del material, tales como la presión, la densidá y la velocidá van poder ser consideraes como funciones continues del espaciu y del tiempu, conduciendo naturalmente a la descripción de los fluyíos como un conxuntu de campos vectoriales y esguilares, que coevolucionan a midida que una masa de fluyíu se deplaza como un tou o camuda de forma. Les ecuaciones de movimientu que describen el comportamientu macroscópico d'un fluyíos so diverses condiciones esteriores son ecuaciones diferenciales qu'arreyen les derivaes de distintes magnitúes (esguilares o vectoriales) al respective de les coordenaes. La ecuación que rellaciona les fuercies sobre un fluyíu col llamáu tensor tensión que representa les fuercies ente distintes molécules ye común a la de los sólidos deformables:

(*)

${\begin{cases}{\cfrac {\partial \sigma _{xx}}{\partial x}}+{\cfrac {\partial \sigma _{xy}}{\partial y}}+{\cfrac {\partial \sigma _{xz}}{\partial z}}+b_{x}=\rho {\cfrac {Dv_{x}}{Dt}}\\{\cfrac {\partial \sigma _{yx}}{\partial x}}+{\cfrac {\partial \sigma _{yy}}{\partial y}}+{\cfrac {\partial \sigma _{yz}}{\partial z}}+b_{y}=\rho {\cfrac {Dv_{y}}{Dt}}\\{\cfrac {\partial \sigma _{zx}}{\partial x}}+{\cfrac {\partial \sigma _{zy}}{\partial y}}+{\cfrac {\partial \sigma _{zz}}{\partial z}}+b_{z}=\rho {\cfrac {Dv_{z}}{Dt}}\end{cases}}$

Equí $\sigma _{ij}$ representen les componentes del tensor de tensiones, ente que les $b_{i}$ representen les componentes de les fuercies volumétricas y $v_{i}$ son les componentes del campu de velocidaes.

La diferencia ente un fluyíu y un sólidu deformable ye que nun fluyíu dichu tensor tensión nun depende de la deformación absoluta sinón como muncho de la velocidá de deformación. Asina pa un fluyíu newtoniano la ecuación constitutiva que da'l tensor tensión en términos del tensor velocidá de deformación ye:

$\sigma _{ij}=(-p+\lambda d_{kk})\delta _{ij}+2\mu d_{ij}$

que substituida na ecuación (*) apurre les ecuaciones de Navier-Stokes.

Baturiciu molecular

Al estremar el llargor del percorríu llibre permediu de les molécules pol llargor carauterística del sistema, llógrase un númberu adimensional denomináu númberu de Knudsen. Calculando'l númberu de Knudsen ye fácil saber cuándo puede describise'l comportamientu de líquidos y gases por aciu les ecuaciones de la dinámica de los fluyíos. N'efeutu, si'l númberu de Knudsen ye menor a la unidá, la hipótesis del continuu va poder ser aplicada; si'l númberu de Knudsen ye similar a la unidá o mayor, tendrá de recurrise a les ecuaciones de la mecánica estadística pa describir el comportamientu del sistema.

Ye por ello que la rexón de númberos de Knudsen cercanos o mayores a la unidá denominar tamién rexón de gases raros.

Referencies

↑ Chen, Francis F. (1984). Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion: Plasma physics, Ilustrada, reimpresa, 2a 1 (n'inglés), Springer, páx. 53. ISBN 9780306413322. Consultáu'l 28 d'ochobre de 2011.

Bibliografía

Mott, Robert (1996) Mecánica de fluyíos aplicada (4ª edición). Méxicu: Pearson Educación. ISBN 0-02-384231-8.
Holzapfel, G.A. (2000). Nonlinear Solid Mechanics: A Continuum Approach for Engineering. John Wiley & Sons. ISBN 9780471823193.

[1] Chen, Francis F. (1984). Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion: Plasma physics, Ilustrada, reimpresa, 2a 1 (n'inglés), Springer, páx. 53. ISBN 9780306413322. Consultáu'l 28 d'ochobre de 2011.

[1]