Hidrodinámica

Es la parte de la dinámica que estudia el movimiento de los líquidos. Según la rama de la mecánica se denomina hidrodinámica por el hecho de que el agua es el líquido más abundante en la naturaleza.

Régimen del movimiento de líquidos

La hidrodinámica es una de las ramas de la mecánica cuyo estudio resulta más complicado, debido al gran número de magnitudes físicas: Espacio, velocidad, aceleración masa, fuerza, viscosidad, que intervienen en el fenómeno del movimiento de un líquido; movimiento que tiene lugar a lo largo de una conducción según tres regímenes de distinta naturaleza denominados:

• Régimen sin rozamiento o de Bernoullui.
• Régimen laminar o de Poiseuille.
• Régimen turbulento o de Venturi.

El régimen sin rozamiento o de Bernuolli se representa cuando la velocidad del líquido no es muy grande, la conducción no presenta cambios bruscos de dirección y liquido está desprovisto por completo de viscosidad.

Se caracteriza por que todas las partículas que en un momento dado se encuentran en una misma sección S1 de la conducción, se mueven simultáneamente de modo que en cualquier instante posterior siguen estando todas en una misma sección S2.

El régimen laminar o de Poiseuille se produce cuando se dan las mismas circunstancias que el  régimen sin rozamiento salvo una: el líquido posee viscosidad. Se caracteriza por que todas las partículas se mueven con mayor velocidad cuando  más alejadas se encuentran de  las paredes del conducto, de tal modo que todas las que en un instante dado se encuentran en la misma sección S1, en otro instante posterior no lo están, debido a que las que se hallan en el centro de la conducción se desplazan una distancia mayor que las situadas en las proximidades o en contacto con las paredes. Tanto en el régimen sin rozamiento como en el laminar es de notable interés considerar los conceptos de línea de corriente y tubo de corriente.

El régimen turbulento o de Venturi (efecto Venturi) se presenta cuando la velocidad del líquido es muy grande o cuando la conducción presenta bruscos cambios de dirección. Se caracteriza por presencia de torbellinos y por qué las líneas de corriente se cortan entre sí, constituyendo un movimiento totalmente caótico.

Líneas de corriente

Es la trayectoria seguida por una partícula del fluido. Sus características principales son:

• En cualquier punto de la línea de corriente, el vector velocidad es siempre tangente a la misma.
• La velocidad de una partícula varia, en general, tanto en magnitud como en dirección a lo largo de la línea de corriente, pero en el régimen estacionario toda la partícula que pasen por un punto dado P tendrán la misma velocidad v. Es decir, que en cada punto hay un solo vector velocidad.

Tubo de corriente

Es el conjunto de todas las líneas de corriente que atraviesan una superficie cerrada concreta. Las características principales de un tubo son:

• Un tubo de corriente puede tener distinta sección a lo largo de las líneas de corriente.
• El número de líneas de corriente es el mismo para cualquier sección del tubo de corriente.
• Las líneas de corriente nunca se cruzan unas con otras en el tuno de corriente.
• El flujo del fluido a través del tubo de corriente es constante. Esto quiere decir que no existen perdidas de flujo a través de las paredes laterales del tubo.
• Para cualquier sección de un tubo de corriente, la velocidad de las partículas que atraviesan la sección a tienen todas la velocidad vA,  

Ecuación de continuidad

Considerando la figura que de la ecuación de continuidad por el que circula un líquido con movimiento estacionario, y en el las superficies S1 y S2. Al cabo de un tiempo t las partículas contenidas en dicha superficie habrán  recorrido unas distancias e1 y e2 respectivamente.

Si se tiene en cuenta que una de las características de los líquidos es su incompresibilidad, resulta evidente que los volúmenes barridos en ambos casos han de ser iguales. Es por ello que podemos expresar:

Dividiendo por t los dos miembros de la igualdad: