¿Cuáles son las Propiedades del Líquido?

Si alguien le pidiera que definiera "líquido", podría comenzar con su experiencia cotidiana con cosas que conoce que califican como líquidos e intentar generalizar a partir de ahí. El agua, por supuesto, es el líquido más importante y omnipresente en la Tierra; una cosa que lo distingue es que no tiene una forma definida, sino que se ajusta a la forma de lo que sea que lo contenga, ya sea un dedal o una depresión masiva en el planeta. Probablemente asocie "líquido" con "flujo", como una corriente de río o hielo derretido que corre por el costado de una roca.

Esta idea de "Conoces un líquido cuando lo ves", sin embargo, tiene sus límites. El agua es claramente un líquido, al igual que la soda. Pero qué pasa con un batido, que se extiende sobre cualquier superficie sobre la que se vierte, pero más lentamente que el agua o la soda. Y si un batido es líquido, ¿qué tal un helado que está a punto de derretirse? ¿O el helado en sí? Da la casualidad de que los físicos han producido definiciones formales útiles de un líquido, junto con los otros dos estados de la materia.

La materia puede existir en uno de tres estados: como sólido, líquido o gas. Es posible que veas personas que usan" líquido "y" líquido " indistintamente en el lenguaje cotidiano, como "Bebe muchos líquidos cuando haces ejercicio en climas cálidos" y " Es importante consumir muchos líquidos cuando corres una maratón."Pero formalmente, el estado líquido de la materia y el estado gaseoso de la materia juntos forman fluidos. Un fluido es cualquier cosa que carece de la capacidad de resistir la deformación. Aunque no todos los fluidos son líquidos, las ecuaciones físicas que gobiernan los fluidos se aplican universalmente a los líquidos, así como a los gases. Por lo tanto, cualquier problema matemático que se le pida que resuelva que involucre líquidos se puede resolver utilizando las ecuaciones que rigen la dinámica de fluidos y la cinética.

Los sólidos, líquidos y gases están hechos de partículas microscópicas, y el comportamiento de cada uno determina el estado resultante de la materia. En un sólido, las partículas están muy juntas, generalmente en un patrón regular; estas partículas vibran o" se agitan", pero en general no se mueven de un lugar a otro. En un gas, las partículas están bien separadas y no tienen una disposición regular; vibran y se mueven libremente a velocidades considerables. Las partículas en un líquido están muy juntas, aunque no tan apretadas como en los sólidos. Estas partículas no tienen una disposición regular y se asemejan a gases en lugar de sólidos a este respecto. Las partículas vibran, se mueven y se deslizan entre sí.

Tanto los gases como los líquidos adoptan la forma de los recipientes que ocupan, una propiedad que los sólidos no tienen. Los gases, debido a que normalmente tienen mucho espacio entre partículas, se comprimen fácilmente por fuerzas mecánicas. Los líquidos no se comprimen fácilmente, y los sólidos se comprimen aún menos fácilmente. Tanto los gases como los líquidos, que como se señaló anteriormente se denominan juntos fluidos, fluyen fácilmente; los sólidos no.

Primero, los fluidos tienen propiedades cinemáticas, o propiedades relacionadas con el movimiento de fluidos, como la velocidad y la aceleración. Los sólidos, por supuesto, también tienen tales propiedades, pero las ecuaciones utilizadas para describirlas son diferentes. En segundo lugar, los fluidos tienen propiedades termodinámicas, que describen el estado termodinámico de un fluido. Estos incluyen:

• temperatura
• presión
• densidad
• energía interna
• entropía específica
• entalpía específica
• otros

Solo algunos de estos se detallarán aquí. Finalmente, los fluidos tienen una serie de propiedades diversas que no entran en ninguna de las otras dos categorías (por ejemplo, viscosidad, una medida de la fricción de un fluido; tensión superficial; y presión de vapor).

Los dos fluidos de mayor interés en el mundo real son el agua y el aire. Los tipos comunes de líquidos además del agua incluyen aceite, gasolina, queroseno, solventes y bebidas. Muchos de los líquidos que se encuentran con más frecuencia, incluidos los combustibles y los solventes, son venenosos, inflamables o peligrosos de otra manera, lo que los hace peligrosos para tener en el hogar porque si los niños los toman, pueden confundirlos con líquidos potables y consumirlos, lo que lleva a graves emergencias de salud.

El cuerpo humano, y de hecho casi toda la vida, es predominantemente agua. La sangre no se considera un líquido, porque los sólidos en la sangre no se dispersan uniformemente ni se disuelven por completo en ella. En cambio, se considera una suspensión. El componente plasmático de la sangre puede considerarse como un líquido para la mayoría de los propósitos. En cualquier caso, el mantenimiento de fluidos es vital para la vida cotidiana. En la mayoría de las situaciones, las personas no piensan en cuán críticos son los líquidos potables para la supervivencia, porque en el mundo moderno es raro no tener acceso inmediato a agua limpia. Pero las personas suelen tener problemas físicos como resultado de pérdidas excesivas de líquidos durante competiciones deportivas como maratones, partidos de fútbol y triatlones, a pesar de que algunos de estos eventos incluyen literalmente docenas de estaciones de ayuda que ofrecen agua, bebidas deportivas y geles energéticos (que podrían considerarse líquidos). Es una curiosidad de la evolución que tantas personas logren deshidratarse incluso sabiendo generalmente cuánto deben beber para alcanzar el máximo rendimiento o al menos evitar terminar en la carpa médica.

Se han descrito algunas de las físicas de los fluidos, probablemente lo suficiente como para permitirle mantener una conversación científica básica sobre las propiedades de los líquidos. Sin embargo, es en el área del flujo de fluidos donde las cosas se vuelven especialmente interesantes.

La mecánica de fluidos es la rama de la física que estudia las propiedades dinámicas de los fluidos. En esta sección, debido a la importancia del aire y otros gases en la aeronáutica y otros campos de la ingeniería, "fluido" puede referirse a un líquido o un gas, cualquier sustancia que cambie de forma uniformemente en respuesta a fuerzas externas. El movimiento de los fluidos se puede caracterizar por ecuaciones diferenciales, que se derivan del cálculo. El movimiento de fluidos, como el movimiento de sólidos, transfiere masa, momento (masa multiplicada por velocidad) y energía (fuerza multiplicada por distancia) en el flujo. Además, el movimiento de los fluidos puede describirse mediante ecuaciones de conservación, como las ecuaciones de Navier-Stokes.

Una forma en que los fluidos se mueven que los sólidos no lo hacen es que exhiben cizallamiento. Esto es una consecuencia de la facilidad con la que los fluidos pueden deformarse. El cizallamiento se refiere a movimientos diferenciales dentro de un cuerpo de fluido como resultado de la aplicación de fuerzas asimétricas. Un ejemplo es un canal de agua, que exhibe remolinos y otros movimientos localizados incluso cuando el agua en su conjunto se mueve a través del canal a una velocidad fija en términos de volumen por unidad de tiempo. El esfuerzo cortante τ (la letra griega tau) de un fluido es igual al gradiente de velocidad (du / dy) multiplicado por la viscosidad dinámica μ; es decir, τ = μ (du / dy).

Otros conceptos relacionados con los movimientos de fluidos incluyen la resistencia y la sustentación, que son cruciales en la ingeniería aeronáutica. El arrastre es una fuerza resistiva que se presenta en dos formas: Arrastre superficial, que actúa solo sobre la superficie de un cuerpo que se mueve a través del agua (por ejemplo, la piel de un nadador), y arrastre de forma, que tiene que ver con la forma general del cuerpo que se mueve a través del fluido. Esta fuerza está escrita:

Donde C es una constante que depende de la naturaleza del objeto que experimenta resistencia, ρ es la densidad, A es el área de la sección transversal y v es la velocidad. De manera similar, la elevación, que es una fuerza neta que actúa perpendicular a la dirección del movimiento de un fluido, se describe mediante la expresión:

Alrededor del 60 por ciento del peso total de su cuerpo consiste en agua. Aproximadamente dos tercios de esto, o el 40 por ciento de su peso total, se encuentra dentro de las células, mientras que el otro tercio, o el 20 por ciento de su peso, se encuentra en lo que se llama el espacio extracelular. El componente de agua de la sangre se encuentra en este espacio extracelular y representa aproximadamente una cuarta parte de toda el agua extracelular, es decir, el 5 por ciento del total del cuerpo. Dado que aproximadamente el 60 por ciento de su sangre en realidad consiste en plasma, mientras que el otro 40 por ciento son sólidos (por ejemplo, glóbulos rojos), puede calcular la cantidad de sangre que tiene en su cuerpo en función de su peso.

Una persona de 70 kg (154 libras) tiene aproximadamente (0.60) (70) = 42 kg de agua en su cuerpo. Un tercio sería líquido extracelular, aproximadamente 14 kg. Una cuarta parte de esto sería plasma sanguíneo: 3,5 kg. Esto significa que la cantidad total de sangre en el cuerpo de esta persona pesa aproximadamente (3,5 kg / 0,6) = 5,8 kg.