11.7 - Fluidos reales

Hola y bienvenido al Proyecto Gustavo. Este es el Podcast Física 1.

Tema 11. Fluidos. Apartado 7. Fluidos reales.

Aviso previo, si sois alumnos míos en el grado en Química de la Universidad de Granada podéis saltaros este apartado, no va a entrar en el temario. Hemos visto a lo largo del tema diversos métodos para estudiar el comportamiento de los fluidos ideales. Al final, en el apartado anterior, nos asomamos un poco al mundo real, donde hay viscosidad, turbulencia y otros fenómenos difíciles de cuantificar. Hice una descripción somera, ya que son temas difíciles y ya sabéis que no me gusta complicar las cosas más allá de lo estrictamente necesario. Pero hay diversos fenómenos que suceden en los fluidos reales y que podemos estudiar con cierta facilidad.

Suelen ser casos en los que el fluido no se mueve, así que podemos despreocuparnos por la turbulencia.

Vamos a ver unos cuantos. Para entender lo que sigue, hemos de tener en cuenta que existen fuerzas de interacción entre las moléculas de un fluido.

Se conocen por diversos tipos, fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrógeno… Se trata de fuerzas que se hacen las partículas del fluido unas sobre otras.

Imaginemos ahora que eres una molécula de agua y estás dentro de un vaso. Valen también otros líquidos o gases, pero por fijar conceptos, vámonos al agua. Estás rodeada de compañeras moléculas por todas partes. Unas tiran de ti hacia arriba, otras hacia abajo, hacia los lados, y al sumar todas esas fuerzas, te sale una fuerza neta cero, o casi cero. Tenderás a quedarte donde estás, o casi.

Pero ahora imagínate que te da por ascender y te encuentras cerca de la superficie que separa el agua de lo que hay fuera, el vacío, un gas, lo que sea. Ahora tienes muchas moléculas que tiran de ti por debajo, pero pocas que lo hagan desde arriba. Eso significa que el agua hará sobre ti una fuerza neta hacia abajo. En la misma superficie será más fuerte, todas esas moléculas tirando desde abajo y ninguna desde arriba.

Todo eso conlleva que el comportamiento del agua en la superficie frontera, lo que se suele llamar interfase o interfaz, será distinto que en el interior. En esa capa superficial, las condiciones serán peculiares. Para empezar, nadie quiere estar allí. Una molécula allí se sentirá atraída por la demás que tiene debajo, así que la tendencia será a hundirse. O visto de otra forma, si deseas llevar una partícula del interior a la superficie, tendrás que hacerle un trabajo que contrarreste esas fuerzas moleculares que hay en la interfase.

Es algo así como tener un muelle, que para comprimirlo necesitas aplicarle una fuerza, pues es algo parecido salvando las distancias. Y como en los muelles, aparece una energía potencial. Es la que tiene un fluido por el hecho de tener una superficie en contacto con otros fluidos, o incluso con el recipiente.

Y como los cuerpos tienden a adoptar la situación de mínima energía potencial, lo que tiende a hacer el fluido es adoptar la menor superficie posible, lo que conlleva la aparición de las llamadas fuerzas de tensión superficial. Eso va a dar lugar a diversos fenómenos, que vamos a ver a continuación. El primero es algo que ya has visto.

Seguro que paseando por el parque o por un bosque has visto objetos en el agua, pequeñas ramitas, hojas, insectos… Algunos de ellos flotan porque son menos densos que el agua y el principio de Arquímedes se impone, pero también entra en juego la tensión superficial. Como dije, se debe a que las partículas del líquido tienden a tener la menor superficie posible, y cuando ésta aumenta aparecen fuerzas elásticas. La interfaz que separa líquido y gas funciona como una membrana elástica a todos los efectos. Eso significa que cuando un insecto posa sus patas en el agua, hace presión sobre la superficie del agua, y la tensión superficial contrarresta el peso del bicho.

Y no solo funciona con objetos poco densos, puedes hacerlo con una aguja de acero. Si la pones en la superficie del agua con la suficiente suavidad, la tensión superficial hará que permanezca a flote, a pesar de que el acero es más denso que el agua. En ese caso no es el principio de Arquímedes el que la mantiene en flotación, sino las propiedades superficiales del agua. A continuación nos vamos a jugar con jabón. Sí, vamos a hacer burbujas de jabón. Esas burbujas son superficies finas de agua y jabón, y allí se ven muy claramente los efectos de la tensión superficial.