I. INTRODUCCIÓN

LA BELLEZA de un atardecer en el que las nubes se mezclan, cambian de forma y de color, crecen o se desvanecen hasta quedar en nada, se multiplica y enriquece al descubrir los diversos y complejos procesos que se conjugan para presentar el espectáculo. Lo mismo sucede al observar las olas que llegan a una playa, el fuego en una hoguera o la corriente de un río que, pareciendo no cambiar y repetirse siempre, nunca son iguales; ésta es parte de la magia de un fluido. La seducción viene de todas partes: de las gotas de lluvia que se estrellan en la superficie del agua, de las variadas franjas y manchas de colores que vemos en una imagen de Júpiter, de las hileras de pequeñas burbujas ascendentes que parecen salir de ningún lado en el seno de un vaso de cerveza, del caprichoso ascenso de una columna de humo, de las maravillosas pompas de jabón y, observando con cuidado, de todo lo que está a nuestro alrededor. Todas son manifestaciones de lo mismo: la dinámica de un fluido.

Los fluidos, como genéricamente llamamos a los líquidos y los gases, nos envuelven formando parte esencial de nuestro medio ambiente. El agua y el aire son los más comunes y, como punto de referencia, los mantendremos en mente como prototipos de un fluido. Su ubicuidad les confiere su importancia.

La experiencia humana con los fluidos se remonta más allá de los tiempos históricos. El manejo de los fluidos ha estado íntimamente ligado al desarrollo de la sociedad. No es de sorprender entonces que desde los inicios de la civilización la imagen del Universo incluyera a los fluidos como elementos primarios de su constitución; aire, agua, fuego y tierra son la versión clásica y medieval de gas, líquido, plasma y sólido, o sucintamente, fluidos y sólidos.

Como en la más apasionante novela de misterio, en la que el lector es guiado con información aparentemente disímbola y escasa, los investigadores a través del tiempo han ido recogiendo y organizando datos sobre la naturaleza. La guía es el experimento y la imagen que se va formando, como en un rompecabezas en tres dimensiones, es aún fragmentada; hay ciertas piezas que embonan en grupos y algunos grupos de piezas que se ensamblan entre sí. El caso de los fluidos, que siguen las mismas leyes de la mecánica que rige el movimiento de los cuerpos celestes, es un ejemplo típico. Creemos tener casi todas unas unidas ya entre sí, otras desperdigadas y a la espera de ser probadas. El reto de participar en el juego de comprender y explicar los fenómenos conocidos, predecir nuevos o descubrir otros, sigue abierto. Es un juego colectivo en el que los participantes, que somos todos, heredamos la experiencia de los anteriores y, tras ampliarla, la turnamos a los que siguen aumentando las oportunidades. La solución o soluciones posibles nos eluden hasta ahora, como lo hace el agua con nuestros esfuerzos por retenerla en las manos, escurriéndosenos entre los dedos.

Completar nuestra descripción y comprensión del comportamiento de los fluidos es, además de un fascinante juego, una imperiosa necesidad por manejar nuestro entorno. El aire y el agua son parte esencial de la vida en la forma que la conocemos. El transporte marítimo y aéreo depende de este conocimiento; también la agricultura, que no puede ya lograrse si sólo se depende de un buen clima, sino de sistemas de riego, vastos y eficientes, que permitan optimizar los recursos locales y suplir las deficiencias naturales. La predicción del clima y de sus más violentas manifestaciones, como huracanes y tornados, es mucho más que una curiosidad académica (aunque también lo es). Entender éstos y muchos otros problemas en los que los fluidos participan como protagonistas principales, requiere de una labor creativa y de un trabajo sistemático y sostenido. Los resultados los demanda la sociedad por razones culturales, estéticas y, especialmente, prácticas.

Del inmenso proyecto general de la física nos ocuparemos de la parte que estudia los fluidos desde el punto de vista macroscópico, es decir, como los percibimos en forma más o menos directa a través de nuestros sentidos; la alusión a su estructura atómica será hecha ocasionalmente y en forma lateral. La justificación de esta omisión será discutida más adelante, aunque la conexión entre estos dos aspectos, uno macroscópico y continuo y el otro microscópico y discreto, es de primordial importancia en cuanto al entendimiento último de un fluido. Esta relación es el sujeto de estudio de la teoría cinética y de la mecánica estadística. Dentro del enfoque macroscópico, el de la dinámica de fluidos, consideraremos sólo algunas de las partes del rompecabezas de manera que pueda obtenerse un panorama sobre su comportamiento usual. Si bien es cierto que, dentro de la teoría, los principios generales tienen todos la misma jerarquía, también es cierto que unos son más útiles que otros para entender algunos aspectos de su comportamiento. Este hecho se refleja en las formas y circunstancias en que fueron formulados. Unos fueron intuidos y usados mucho antes de ser explícitamente enunciados. Otros fueron formulados casi en la forma en que los conocemos ahora, sin haberse apreciado su generalidad y sus consecuencias.

Siendo que a través del tiempo, los grandes matemáticos y físicos, salvo raras excepciones, dedicaron parte de su vida a estudiar los fluidos, no deja de sorprender la falta de atención que la historia de la ciencia ha puesto en la génesis y desarrollo de sus brillantes ideas, ingeniosos diseños y espectaculares resultados; una de las excepciones es la excelente obra de Enzo Levi (Levi, 1989). Gracias a los trabajos de aquellos pensadores, a quienes siempre se recuerda con cierta nostalgia, gozamos de una visión panorámica del tema, aprendimos a plantear algunos de los problemas y seguimos explorando los caminos por ellos señalados.