3. Propiedades de los l�quidos y gases

Corresponde a la sesi�n de GA 4.3 �QU� FLUIDOS...!

Los l�quidos y los gases son diferentes entre s�, pero juntos conforman lo que se conoce como fluidos, denominados as� por su capacidad de fluir o escurrir.

En los l�quidos, los �tomos se encuentran m�s alejados unos de otros, en comparaci�n con los �tomos de un s�lido y, por tanto, las fuerzas de cohesi�n que existen entre ellos son m�s d�biles. Los �tomos vibran con mayor libertad que en los s�lidos, permitiendo que sufran peque�as traslaciones en el interior del l�quido. Los l�quidos pueden escurrir o fluir con notable facilidad, no ofrecen resistencia a la penetraci�n y toman la forma del recipiente que los contiene. Las mol�culas, al igual que las de los s�lidos amorfos, no se encuentran distribuidas en forma ordenada.

La cohesi�n y la adhesi�n son fuerzas que afectan a los l�quidos. La cohesi�n se observa cuando, por ejemplo, se unen dos gotas de un l�quido para formar una sola gota; y la adhesi�n cuando dos placas de vidrio humedecidas, puestas una sobre otra, se pegan por la adhesi�n del agua.

Como resultado de estos fen�menos se producen la tensi�n superficial y la capilaridad.

Se denomina tensi�n superficial al comportamiento de una delgada capa superficial del l�quido, la cual se comporta como si fuera una membrana de material el�stico, debido a que las fuerzas de cohesi�n de las mol�culas que est�n en el interior del l�quido se atraen entre s� en todas direcciones, menos en la superficie; ello origina una tensi�n que permite explicar por qu� un insecto puede caminar sobre el agua, y por qu� una aguja o navaja delgada se pueden colocar en el agua de un vaso sin que se hundan.

La capilaridad consiste en el ascenso y descenso de l�quidos por tubos delgados, como un cabello, conocidos como tubos capilares. Cuando un l�quido moja las paredes del tubo capilar, debido a la adhesi�n, asciende y, su superficie libre, forma una curvatura llamada menisco c�ncavo, y cuando el l�quido no moja las paredes del tubo capilar, por su gran cohesi�n, desciende y su superficie libre forma un menisco convexo. Este fen�meno se presenta en las plantas, ya que la circulaci�n de la savia se realiza a trav�s de sus vasos le�osos.

En los gases, la separaci�n entre las mol�culas es mucho mayor que en los s�lidos y en los l�quidos, siendo pr�cticamente nula la fuerza de cohesi�n entre dichas part�culas, las cuales se mueven en todas direcciones, haciendo que los gases no posean forma definida y ocupen siempre el volumen total del recipiente en donde se hallan contenidos.

Los gases son muy compresibles, porque son capaces de reducir su volumen cuando se les aplica una fuerza, por lo que se les considera el�sticos, mientras que los l�quidos son pr�cticamente incompresibles, puesto que conservan su volumen fijo, siempre que no se altere su temperatura.

Los fluidos son estudiados por la hidrost�tica y obedecen a los principios de Pascal, Arqu�medes y Bernoulli.

Principio de Pascal "La presi�n aplicada sobre una parte cualquiera de un fluido confinado se transmite con el mismo valor a todos los puntos del fluido y de las paredes del recipiente que lo contiene".

Este principio se explica f�cilmente con la experiencia conocida como "el tonel de Pascal", la cual consiste en llenar con agua, completamente, el interior de un barril; despu�s, debe colocarse la tapa superior, cerrarse herm�ticamente y hacerle un agujero a trav�s del cual se insertar� un tubo vertical perfectamente unido a la tapa.

Al llenar, tambi�n con agua el tubo, el peso de este l�quido determinar� una presi�n que, obrando sobre las superficies de una peque�a amplitud en la base del mismo, producir�, seg�n el principio de Pascal, una fuerza tan grande dentro del tonel que ocasionar� su ruptura y el consiguiente escape del l�quido que lo llena.

Algunos aparatos que aplican este principio son: la prensa hidr�ulica y los frenos hidr�ulicos de autom�viles y camiones.

Principio de Arqu�mides "Todo cuerpo sumergido en un l�quido recibe un empuje, de abajo hacia arriba, igual a lo que pesa el l�quido desalojado".

Al hundir en el agua un cuerpo (un trozo de madera, por ejemplo) sentimos que es empujado hacia arriba; el valor de este empuje est� determinado por el principio de Arqu�medes, el cual puede expresarse matem�ticamente con la f�rmula:

E = Pe x V

donde: E es la magnitud de la fuerza de empuje, Pe es el peso espec�fico del fluido, y V es el volumen desalojado por el cuerpo sumergido.

Ejemplo:

Calcular el empuje que recibir� un cuerpo que se introduce en el agua, si el peso espec�fico de �sta es de 1 kg/dm� y el cuerpo desaloja, al sumergirse en el agua, un volumen de 43 dm�. Si el cuerpo pesa 25 kg, decir si �ste flota.

Conclusi�n: el cuerpo flota porque el empuje que recibe (43 kg) es mayor que su peso (25 kg).

Este principio se utiliza para calcular pesos espec�ficos y para construir barcos y submarinos.

Principio de Bernoulli "A trav�s de un ducto, la suma de las energ�as (mec�nica,potencial, cin�tica y de flujo) de un fluido permanece constante".

Ejemplo:

Un tubo tiene una secci�n transversal de y por �ste pasa agua con una velocidad de 0.3 m/s. �Cu�l es el gasto de ese tubo?