Esfuerzos en las estructuras

PRINCIPIO DE BERNOULLI

¿Te has preguntado cómo un avión puede volar? La respuesta más simple es que a medida que el aire fluye alrededor del ala, el avión es empujado hacia arriba por el aire de mayor presión bajo el ala, en comparación con la presión más baja sobre el ala. Pero para entender este fenómeno con mayor profundidad, hay que mirar a una rama de la física conocida como mecánica de fluidos, y en particular, un principio conocido como la ECUACIÓN DE BERNOULLI. No sólo puede esta ecuación predecir la presión de aire alrededor del ala de un avión,  también puede ser utilizado para determinar la fuerza de vientos fuertes en un rascacielos, la presión a través de un reactor químico, o incluso la velocidad del agua que sale de la manguera en su patio

En el presente post me referiré al principio de Bernoulli y a su ecuación,  la cual es una de las más usadas frecuentemente en mecánica de fluidos por  su versatilidad y simplicidad

En la dinámica de fluidos, el principio de Bernoulli  establece que para un fluido ideal, un aumento en la velocidad del fluido se produce simultáneamente con una disminución en la presión o una disminución de la energía potencial del fluido.  

Para profundizar en este tema he preparado un video  donde se explica o se deduce el principio de Bernoulli en su forma más simple  a partir de un análisis sencillo del principio de conservación de energía( es importante resaltar que hay  deducciones mas elaboradas que usan el algebra y el calculo para expresar la ecuación de Bernoulli)

Como vimos en el video se llego a la conclusión que el principio de Bernoulli matemáticamente se representa con la siguiente ecuación.

ρgh₁ + ½ ρ(v₁)² + p₁ = ρgh₂ + ½ ρ(v₂)² + p₂

Para demostrar la aplicación de la ecuación de Bernoulli  utilizare un ejemplo donde buscamos calcular la velocidad con la que llega el agua a una ciudad desde un reservorio ubicado a 250m de altura.

El agua en la parte superior del depósito inicialmente esta en reposo, de tal manera que la velocidad v₁ es cero, y el primer término de la ecuación general se elimina.

Puesto que la altura final h₂ es cero, entonces  este término se elimina también.

Finalmente como P₁= P₂ ya que ambas presiones son iguales a la presión atmosférica, estos términos también se simplifican y la ecuación se reduce

ρgh₁   =  ½ ρ(v₂)²

Ingresando los parámetros conocidos en los términos de la ecuación restantes entonces tenemos

ρ_AGUA g(250m)   =  ½ ρ_AGUA(v₂)²

La densidad del agua también puede ser cancelada

Usando  g = 9.8 m/s²

Y resolviendo para v₂, tenemos

 v₂=√(2×9.8m/s²×250m)  = 70 m/s

LA FISICA DE LOS SUBMARINOS

Para conocer cómo funciona un submarino en primer lugar, se necesita una comprensión básica del principio de Arquímedes. Este principio establece que la magnitud de la fuerza de flotación siempre es igual al peso del fluido desplazado por el objeto. La fuerza de empuje es la fuerza ejercida por el agua sobre cualquier objeto sumergido, como un submarino. Lo que esto significa es que para que el submarino pueda flotar, la fuerza de flotación tiene que ser igual al peso del submarino. En otras palabras, la densidad de la submarino tiene que ser igual a la densidad del agua a su alrededor para que flote. Se tiene que ser capaz de controlar la densidad del submarino para que pueda emerger y sumergirse a voluntad.

 

 

 

 

Con un conocimiento básico de la fuerza de flotación, podemos discutir cómo un submarino controla su densidad. Esto se hace con tanques en el exterior del submarino llamado tanques de lastre. Cuando el submarino está en la superficie, los tanques de lastre se llenan de aire, por lo que la densidad global es menor que la del agua circundante. En una situación de inmersión, los tanques de lastre se inundan con agua y el aire se ventila al exterior haciendo que la densidad total sea mayor a la del agua y causando que el submarino tienda a hundirse. Los tanques de lastre están abiertos para que el agua salga todo el tiempo, pero cuando los orificios de ventilación están cerrados no pueden entrar agua porque el aire no puede salir.

 

Ya hemos hablado de la parte más fácil de este tema, el buceo. Ahora que el sub está bajo el agua, sin embargo, ¿cómo hacer que vuelva a la superficie? En realidad, esto no es tan difícil como parece. Cuando un submarino necesita ir a la superficie, necesita disminuir su densidad de modo que la fuerza de flotación que empuja hacia arriba sea mayor que el peso que tira hacia abajo. Esto se da con el cierre de las rejillas de ventilación y bombeo de aire comprimido en los tanques de lastre con el fin de forzar el agua a salir