Fluido

En física, un fluido es un líquido, gas u otro material que se deforma continuamente (fluye) bajo un esfuerzo cortante aplicado o una fuerza externa. Tienen un módulo de cizallamiento cero o, en términos más simples, son sustancias que no pueden resistir ninguna fuerza de cizallamiento que se les aplique.

Aunque el término fluido generalmente incluye las fases líquida y gaseosa, su definición varía entre las ramas de la ciencia. Las definiciones de sólido también varían y, según el campo, algunas sustancias pueden ser tanto fluidas como sólidas. Los fluidos viscoelásticos como Silly Putty parecen comportarse de manera similar a un sólido cuando se aplica una fuerza repentina. Las sustancias con una viscosidad muy alta, como la brea, también parecen comportarse como un sólido (ver el experimento de caída de brea). En física de partículas, el concepto se amplía para incluir materias fluídicas distintas de líquidos o gases. Un fluido en medicina o biología se refiere a cualquier constituyente líquido del cuerpo (fluido corporal), mientras que "líquido" no se usa en este sentido. A veces, los líquidos administrados para la reposición de líquidos, ya sea bebiendo o inyectando, también se denominan líquidos (p. ej., "beber muchos líquidos"). En hidráulica, fluido es un término que se refiere a líquidos con ciertas propiedades y es más amplio que los aceites (hidráulicos).

Física

Los fluidos muestran propiedades como:

• falta de resistencia a la deformación permanente, resistiendo sólo las tasas relativas de deformación de manera disitiva, friccional y
• la capacidad de fluir (también descrita como la capacidad de tomar en la forma del contenedor).

Estas propiedades suelen ser una función de su incapacidad para soportar un esfuerzo cortante en equilibrio estático. Por el contrario, los sólidos responden al corte con una fuerza de restauración similar a la de un resorte, lo que significa que las deformaciones son reversibles, o requieren una cierta tensión inicial antes de deformarse (ver plasticidad).

Los sólidos responden con fuerzas restauradoras tanto a los esfuerzos cortantes como a los esfuerzos normales, tanto de compresión como de tracción. Por el contrario, los fluidos ideales solo responden con fuerzas de restauración a los esfuerzos normales, llamados presión: los fluidos pueden estar sometidos tanto a esfuerzos de compresión, correspondientes a la presión positiva, como a esfuerzos de tracción, correspondientes a la presión negativa. Tanto los sólidos como los líquidos también tienen resistencias a la tracción, que cuando se exceden en los sólidos provocan una deformación y fractura irreversibles, y en los líquidos provocan la aparición de la cavitación.

Tanto los sólidos como los líquidos tienen superficies libres, cuya formación cuesta cierta cantidad de energía libre. En el caso de los sólidos, la cantidad de energía libre para formar una determinada unidad de superficie se denomina energía superficial, mientras que para los líquidos la misma cantidad se denomina tensión superficial. La capacidad de los líquidos para fluir da como resultado un comportamiento diferente en respuesta a la tensión superficial que en los sólidos, aunque en equilibrio ambos intentarán minimizar su energía superficial: los líquidos tienden a formar gotas redondeadas, mientras que los sólidos puros tienden a formar cristales. Los gases no tienen superficies libres y se difunden libremente.

Modelado

En un sólido, el esfuerzo cortante es una función de la deformación, pero en un fluido, el esfuerzo cortante es una función de la tasa de deformación. Una consecuencia de este comportamiento es la ley de Pascal, que describe el papel de la presión en la caracterización del estado de un fluido.

El comportamiento de los fluidos se puede describir mediante las ecuaciones de Navier-Stokes, un conjunto de ecuaciones diferenciales parciales que se basan en:

• continuidad (conservación de masa),
• conservación del impulso lineal,
• conservación del impulso angular,
• conservación de la energía.

El estudio de los fluidos es la mecánica de fluidos, que se subdivide en dinámica de fluidos y estática de fluidos dependiendo de si el fluido está en movimiento.

Clasificación de fluidos

Dependiendo de la relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación y sus derivados, los fluidos se pueden caracterizar como uno de los siguientes:

• Fluidos newtonianos: donde el estrés es directamente proporcional a la tasa de tensión
• Fluidos no neotonianos: donde el estrés no es proporcional a la tasa de tensión, sus mayores poderes y derivados.

Los fluidos newtonianos siguen la ley de viscosidad de Newton y pueden llamarse fluidos viscosos.

Los fluidos se pueden clasificar por su compresibilidad:

• Fluido comprimido: Un líquido que provoca reducción de volumen o cambio de densidad cuando la presión se aplica al líquido o cuando el líquido se vuelve supersónico.
• Fluido incompresible: Un fluido que no varía en volumen con cambios en presión o velocidad de flujo (es decir, ρ=constant) como agua o aceite.

Los fluidos newtonianos e incompresibles en realidad no existen, pero se supone que existen para el asentamiento teórico. Los fluidos virtuales que ignoran por completo los efectos de la viscosidad y la compresibilidad se denominan fluidos perfectos.