Física: Introducción a la mecánica de fluidos

El objetivo de esta obra es servir como texto de referencia y/o apoyo para un ciclo académico universitario en la asignatura “Introducción a la Mecánica de Fluidos” que se imparte en la Carrera de Matemáticas y Física de la Universidad de Cuenca, dentro del grupo de asignaturas optativas, pertenecientes a la rama de la Física. Primero se introducen los conceptos básicos de fluido y sus propiedades, para luego estudiar la estática de los fluidos, las ecuaciones básicas que rigen la dinámica de fluidos, las aplicaciones de la ecuación de Bernoulli y finalmente, las consideraciones básicas en la experimentación de la mecánica de fluidos.

La estructura del libro está pensada de manera que se puedan abordar progresivamente todos los contenidos durante un semestre académico. Se utiliza un lenguaje matemático sencillo pensado en los futuros lectores, de manera que les permita entender de forma concisa y discreta algunas ecuaciones básicas como la de; Bernoulli, Euler, Torricelli, Pascal, Navier-Stokes, que son muy utilizadas para plantear y resolver problemas correspondientes a la Mecánica de Fluidos. Los contenidos están divididos cuidadosamente por temas que pueden ser analizados por hora o sesión de clase. Cada tema consta de la explicación y demostración del concepto físico y/o matemático, ejemplos ilustrativos con el lenguaje matemático estudiado y ejercicios propuestos de modo que el estudiante pueda aplicar los conocimientos adquiridos en la sesión de clase de manera instantánea, de manera que el estudiante vaya consolidando el conocimiento presentado en cada tema. Los ejemplos ilustrativos y los ejercicios propuestos están pensados de modo que representen aplicaciones prácticas de la vida real, y en algunos casos se presentan ejemplos que han marcado el desarrollo histórico de la Mecánica de Fluidos, dando paso a conocer a los grandes genios de antaño que contribuyeron en esta hermosa rama de la física; Arquímedes de Siracusa, Geovanni Venturi, Blaise Pascal, Leonhard Euler, Louis Navier, Gabriel Stokes, Osborne Reynolds, Daniel Bernoulli, Alexis Clairaut, etc. De esta manera el estudiante verá la relación de la teoría con la práctica, despertando así su interés por los temas que se abordan en la presente obra.

En el primer capítulo se presenta la definición de fluido y la hipótesis del continuo, así como sus propiedades básicas como densidad, viscosidad, tensión superficial, etc.

En el segundo capítulo se estudian la estática de fluidos, conocida generalmente como hidrostática, es decir, cuando los fluidos se encuentran en reposo, se definen sus ecuaciones básicas y como aplicarlas en la resolución de ejercicios.

En el tercer capítulo se aborda la dinámica de fluidos, conocida también como hidrodinámica, es decir, los fluidos que están en movimiento, se definen sus ecuaciones principales y como aplicarlas a la resolución de ejercicios.

En el cuarto capítulo se estudia algunas aplicaciones prácticas que se desprenden de la ecuación de Bernoulli, así como su aplicación en la resolución de ejercicios.

Finalmente, en el quinto capítulo se aborda la experimentación en la mecánica de fluidos, donde se conocerán las características que deben tener los modelos a escala que se experimentan para compararlos con los diseños reales como aviones o barcos.

Actualmente la Mecánica de Fluidos está muy bien cimentada, de manera que se puede abordar cualquier problema por complejo que sea; sin embargo, en este texto se abordará una pequeña gota de un enorme océano de conocimientos, pero servirá para que el estudiante pueda darse una idea del alcance de esta rama de la física y continuar sus estudios de manera independiente y/o escolarizada.