Manual conciso de física

Fórmulas para secciones clave

Hidrodinámica

una rama de la física que estudia el movimiento de los fluidos y su interacción con cuerpos sólidos y fuerzas externas (por ejemplo, gravedad o presión)

1. Presión en Mecánica

Definición General de Presión:

Fórmula de la presión como la relación entre la fuerza y el área de la superficie

p= F S
¿Qué significa esta fórmula?

La presión es la fuerza que actúa sobre cada unidad de área. Cuanto menor sea el área de contacto para la misma fuerza, mayor será la presión creada. La unidad de medida es el Pascal (Pa).

Presión Hidrostática (en fluido):

Fórmula de la presión del fluido a una profundidad: producto de la densidad, la aceleración de la gravedad y la profundidad

p=ρ·g·h
¿Qué significa esta fórmula?

Esta presión se crea en un fluido debido a su peso. Cuanto más profundo, mayor es la altura de la columna de fluido y mayor es la presión. Depende de la densidad de la sustancia, la aceleración de la gravedad y la profundidad del punto.

2. Leyes de Flujo de Fluidos

Caudal Volumétrico:

Fórmula para el caudal volumétrico de fluido como el producto de la velocidad de flujo y el área de la sección transversal

Q=v·S
¿Qué significa esta fórmula?

La fórmula muestra cuánto volumen de fluido pasa por una sección transversal por unidad de tiempo. El caudal depende de la velocidad de flujo y del área de la sección transversal de la tubería. Unidades de medida — m³/s.

Continuidad de Flujo en Secciones Estrechas:

Fórmula de continuidad del flujo de fluido en secciones con sección transversal variable

S1·v1 = S2·v2
¿Qué significa esta fórmula?

Si el flujo de fluido se conserva, entonces a medida que la tubería se estrecha, la velocidad aumenta. Esta fórmula refleja la ley de conservación del volumen: lo que entra, sale.

3. Ecuación de Bernoulli (para un fluido ideal)

Balance Energético a lo Largo del Flujo:

Fórmula de Bernoulli: la suma de la presión, la energía cinética y la energía potencial en una sección de flujo permanece constante

p+ ρ·v2 2 +ρ·g·h =const
¿Qué significa esta fórmula?

La ecuación de Bernoulli expresa la conservación de la energía total de un flujo: la suma de la presión, la energía cinética y la energía potencial se conserva a lo largo de la corriente. Aplicable a un fluido ideal (sin viscosidad), el flujo debe ser constante.

Cuanto mayor sea la velocidad, menor será la presión, y viceversa. Este efecto es la base del funcionamiento de aviones, carburadores y sistemas hidráulicos.

4. Ley de Pascal

Cuando se aplica presión externa a un fluido (o gas) en un volumen cerrado, esta se transmite sin disminución en todas las direcciones y a cada punto del volumen.

¿Qué significa esto en la práctica?

Gracias a la ley de Pascal, funcionan las prensas hidráulicas, los frenos, los gatos y otros sistemas. Una pequeña fuerza sobre una pequeña área puede transmitirse como una gran fuerza sobre una gran área, sin pérdida de presión.

💡 La ley de Pascal también puede considerarse una consecuencia de la ley de conservación de la energía: la presión no desaparece ni aparece arbitrariamente, sino que simplemente se transmite. Además, es válida no solo para líquidos sino también para medios compresibles, por ejemplo, gases.