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Conservación de la masa

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Laboratorio de dinámica de fluidos con ingenieros que analizan el flujo en tuberías, haciendo hincapié en los principios de conservación de la masa.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

En continuo mecánicaEl principio de conservación de la masa establece que la masa de un sistema cerrado debe permanecer constante en el tiempo. Para un fluido, esto se expresa mediante la ecuación de continuidad. En su forma diferencial euleriana, se escribe como [latex]frac{partial rho}{partial t} + nabla cdot (rho mathbf{u}) = 0[/latex], donde [latex]rho[/latex] es la densidad y [latex]mathbf{u}[/latex] es el campo de velocidad.

La conservación de la masa es un principio fundamental de la física, y su formulación matemática dentro de la mecánica del continuo se conoce como ecuación de continuidad. Esta ecuación proporciona una declaración precisa sobre cómo cambia la densidad de un material en el espacio y el tiempo. La ecuación [latex]\frac{\parcial \rho}{\parcial t} + \nabla \cdot (\rho \mathbf{u}) = 0[/latex] se aplica en cada punto dentro del continuo. El término [latex]\frac{\partial \rho}{\partial t}[/latex] representa la tasa de cambio de densidad en un punto fijo (el término local o no permanente), mientras que el término [latex]\nabla \cdot (\rho \mathbf{u})[/latex] es la divergencia del flujo de masa ([latex]\rho \mathbf{u}[/latex]), que representa la tasa neta de masa que fluye fuera de un volumen infinitesimal alrededor de ese punto.

The equation essentially states that if the density at a point is increasing, it must be because more mass is flowing into the infinitesimal volume than is flowing out, and vice versa. For a special case known as an incompressible flow, the density [latex]\rho[/latex] of a fluid parcel is assumed to be constant as it moves. In this case, the continuity equation simplifies significantly to [latex]\nabla \cdot \mathbf{u} = 0[/latex]. This simplified form is widely used in modeling liquids like water and in low-speed aerodynamics. The continuity equation is one of the core governing equations, alongside the conservation of momentum and energy, used in virtually all analyses in fluid dynamics and solid mechanics.

UNESCO Nomenclature: 2209
- Dinámica de fluidos

Tipo

Derecho físico

Ruptura

Fundacional

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • El principio filosófico de la conservación de la materia
  • Desarrollo del cálculo vectorial y del teorema de divergencia
  • Formulación de Leonhard Euler de las ecuaciones del movimiento de los fluidos
  • Los trabajos de Daniel Bernoulli sobre dinámica de fluidos

Aplicaciones

  • Diseño de tuberías y sistemas HVAC para garantizar caudales adecuados
  • Ingeniería aeroespacial para calcular los cambios de densidad del aire alrededor de las aeronaves
  • Hidrología para modelar el flujo de los ríos y el movimiento de las aguas subterráneas
  • meteorología para pronosticar patrones climáticos basados ​​en el movimiento de masas de aire

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

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Relacionado con: ecuación de continuidad, conservación de la masa, dinámica de fluidos, densidad, campo de velocidades, flujo incompresible, divergencia, flujo de masa.

Contexto histórico

Conservación de la masa

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(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

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