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Mecánica de fluidos

1750
  • Archimedes
  • Daniel Bernoulli
  • Leonhard Euler
  • Claude-Louis Navier
  • George Gabriel Stokes
Experimento de laboratorio de mecánica de fluidos que demuestra los principios de flotabilidad y dinámica de fluidos.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

Líquido mecánica es la rama de la mecánica aplicada que se ocupa de la estática (fluidos en reposo) y la dinámica (fluidos en movimiento) de líquidos y gases. Aplica los principios fundamentales de masa, momento y conservación de la energía Analizar y predecir el comportamiento de los fluidos. Sus aplicaciones son muy diversas, desde la aerodinámica y la hidráulica hasta la meteorología y la oceanografía.

Las ecuaciones que rigen el movimiento de un fluido viscoso son las ecuaciones de Navier-Stokes. Se trata de un conjunto de ecuaciones diferenciales parciales no lineales que surgen de aplicar la segunda ley de Newton al movimiento del fluido, combinada con la suposición de que la tensión del fluido es la suma de un término viscoso difusor y un término de presión. Para un fluido newtoniano compresible, la ecuación vectorial es: [latex]\rho(\frac{\partial \mathbf{v}}{\partial t} + \mathbf{v} \cdot \nabla \mathbf{v}) = -\nabla p + \nabla \cdot \mathbf{T} + \mathbf{f}[/latex], donde [latex]\rho[/latex] es la densidad, [latex]\mathbf{v}[/latex] es la velocidad, [latex]p[/latex] es la presión, [latex]\mathbf{T}[/latex] es el tensor de tensiones, y [latex]\mathbf{f}[/latex] representa las fuerzas del cuerpo. Resolver estas ecuaciones es un reto fundamental en este campo.

El comportamiento de los fluidos suele caracterizarse mediante números adimensionales. El más famoso es el Número de Reynolds (Re), que describe la relación entre las fuerzas de inercia y las fuerzas viscosas y se utiliza para predecir la transición de un flujo laminar suave y ordenado a un flujo turbulento caótico. Otros números importantes incluyen el Número de Mach para flujos compresibles y el número de Froude para flujos con superficie libre. Debido a la complejidad de las ecuaciones que los rigen, especialmente para flujos turbulentos, la dinámica de fluidos computacional (CFD) se ha convertido en una herramienta esencial, que utiliza métodos numéricos para resolver y analizar problemas relacionados con flujos de fluidos.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Mecánica

Tipo

Sistema abstracto

Ruptura

Fundacional

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Supuesto de la mecánica del medio continuo
  • Las leyes del movimiento de Newton
  • Principios de la termodinámica
  • Desarrollo del cálculo
  • Principio de Arquímedes sobre la flotabilidad

Aplicaciones

  • aerodinámica (diseño de alas de aviones, automóviles y turbinas eólicas)
  • hidráulica (diseño de presas, tuberías y bombas)
  • meteorología (previsión meteorológica y modelado climático)
  • Ingeniería biomédica (análisis del flujo sanguíneo en las arterias)
  • Ingeniería ambiental (modelado de la dispersión de contaminantes en el aire y el agua)

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • dispositivos microfluídicos ‘lab-on-a-chip’ para diagnósticos médicos rápidos
  • Sistemas de captación de humedad atmosférica basados ​​en la física de condensación optimizada
  • silent zumbido propellers with designs bio-inspired by owl wings to reduce turbulence
  • Actuadores basados ​​en plasma para controlar el flujo de aire sobre las alas de los aviones sin partes móviles
  • Aerogeneradores de eje vertical eficientes para entornos urbanos
  • Sistemas avanzados de extinción de incendios que utilizan niebla con tamaños de gotas optimizados
  • Recubrimientos hidrodinámicos para barcos que imitan la piel de tiburón para reducir la resistencia
  • circuito cerrado irrigation systems that model water flow in soil to minimize waste
Relacionado con: mecánica de fluidos, dinámica de fluidos, ecuaciones de navier-stokes, viscosidadflujo turbulento, flujo laminar, aerodinámica, CFD.

Contexto histórico

Mecánica de fluidos

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1788
1800
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1687
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1785
1788
1800

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

décimo año aniversario

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